Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 10 14 10 17 эВ методом шал ( Тунка, Сфера) Исследование шал на установке Тунка



Скачать 367.53 Kb.
страница1/3
Дата01.11.2012
Размер367.53 Kb.
ТипИсследование
  1   2   3
1.2. Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 1014 - 1017 эВ методом ШАЛ

( Тунка, Сфера)
Исследование ШАЛ на установке Тунка.
Установка Тунка предназначена для детального исследования энергетического спектра и химического состава первичных космических лучей в диапазоне 1014 - 1017эВ. Установка расположена в Тункинской долине (20 км от Иркутска) на полигоне НИИПФ ИГУ. В настоящее время установка состоит из 25 оптических детекторов на базе фотоприемника Квазар-370, расположенных в квадрате со стороной 340 м и четырех детекторов на базе ФЭУ D668(Torn-EMI) для изучения формы черенковского импульса от ШАЛ.

В 2003 году продолжен набор, обработка и углубленный анализ данных, полученных на Тункинской установке. Проведена предварительная обработка данных за 270 часов, накопленных за зимний сезон измерений 2002-2003 гг. Продолжен анализ данных параллельного калибровочного эксперимента QUEST, проведенного в Италии на установке EAS-TOP.

В апреле подготовлена к отправке из Италии в Россию партия из 200 фотоумножителей большой чувствительной площади, освободившихся из эксперимента MACRO. Фотоумножители планируется использовать для расширения Тункинской установки и проведения на ней дополнительных экспериментов.

В октябре 2003 г. проведена экспедиция в Тункинскую долину с целью дальнейшей модернизации установки и подготовки ее к зимнему сезону 2003-2004 гг. Установка запущена для работы с пониженным в 2 раза энергетическим порогом. Понижение порога достигнуто применением оптических систем, каждая из которых состоит из конического зеркала, увеличивающего площадь светосбора примерно в 2 раза, и черной бленды, ограничивающей апертуру настолько, чтобы сохранить ток ФЭУ таким же, как и без оптической системы.

Существенно понижен энергетический порог измерений формы импульсов черенковского света путем установки нового детектора формы со сферическим зеркалом диаметром 1 м, в фокусе которого помещен ФЭУ EMI D668 . Эффективная площадь нового детектора примерно в 5 раз больше, чем у применявшихся ранее детекторов с коническими отражателями.

Анализ модельных расчетов и данных калибровочного эксперимента QUEST позволил выявить ранее не публиковавшийся характер флуктуации функции пространственного распределения черенковского света ШАЛ, и предложить новый вид фитирующей функции, опубликованный на 28-й Международной конференции по космическим лучам в Японии.

Функция пространственного распределения черенковского света в экспериментах с хорошей точностью локации оси демонстрирует негладкое поведение на расстоянии около 100 м от оси. Из-за этого в прежние годы не удавалось описать средние ФПР гладкими расчетными кривыми в широком диапазоне расстояний от оси.
Программа моделирования CORSIKA, в которой не используются никакие аналитические выражения для пространственно-углового распределения частиц, а каждая частица разыгрывается индивидуально, и черенковское излучение получается тоже прямым методом Монте-Карло, дала негладкие расчетные функции, подобные экспериментально наблюдавшимся. Однако, на первый взгляд, как вид функции до излома, так и положение излома казались хаотически меняющимися от случая к случаю. При более тщательном анализе нескольких сотен кривых, смоделированных по программе CORSIKA для 3-х уровней в атмосфере (0 м, 675 м и 2000 м) удалось описать ФПР в виде кривой с изломом. До излома на расстоянии Rkn функция имеет экспоненциальный вид с небольшой поправкой, работающей на предельно малых расстояниях от оси:
Q=Q kn  exp((Rkn-R)(1+2/R)/R0),
После излома функция имеет степенной вид до расстояния 250 м от оси:
Q=Qkn(Rkn/R)2.2
Существенно новым является выявленный характер флуктуации ФПР, который состоит не в изменении общего наклона функции, а в одновременном сдвиге точки излома кривой и изменении наклона первой части кривой при неизменном виде второй части после излома.

Оба изменяющиеся параметра удалось связать с одним и тем же параметром ФПР “P”, введенным первоначально, как отношение плотностей на двух расстояниях 100 и 200 м от оси:

Rkn=200-20P, Ro=10(2.83-0.2P).

Плотность черенковского света на любом расстоянии от Rkn до 250 м от оси отражает индивидуальную энергию ШАЛ, а параметр P хорошо коррелирует с положением максимума ШАЛ. Если параметр P измерять абсолютно точно, то глубина максимума может быть определена с теоретической точностью 20 г/см2.

Выявленный характер флуктуации был проверен на анализе экспериментальных средних ФПР, полученных в эксперименте QUEST, а связь параметра P с глубиной максимума проверялась с помощью изучения зависимости этого параметра для индивидуальных экспериментальных функций от зенитного угла ШАЛ как для эксперимента QUEST, так и для Тункинского эксперимента. Получено полное согласие экспериментов с расчетами.

Новый вид ФПР последовательно внедрен в программы обработки и анализа данных. По новым программам переобработан банк данных установки Тунка-25, получены уточненные результаты по спектру и составу первичного космического излучения в диапазоне 0.6 -50ПэВ. Дифференциальный энергетический спектр в области энергий от 0.6 ПэВ до 3 ПэВ может быть описан степенной функцией с показателем 2.65 0.01. При больших энергиях степенной характер спектра нарушается и восстанавливается вновь при энергии выше 6 ПэВ, где спектр может быть аппроксимирован степенной функцией с показателем 3.07  0.04.

Уточненная зависимость глубины максимума ШАЛ от энергии может трактоваться, как

постепенное облегчение состава ПКИ с ростом энергии от порога установки до энергии излома и даже немного выше, где эта тенденция сменяется тенденцией к утяжелению состава с ростом энергии.

Совместно с ОКЛ начаты работы по созданию детекторов частиц ШАЛ на основе водных баков площадью 10 м2 и высотой 1 м. Объем бака будет просматриваться 3-мя полусферическими ФЭУ диаметром 20 см. Система из двух баков (один над другим) позволит отделять электронно-фотонную компоненту ШАЛ от мюонной. Проводилось моделирование отклика бака с помощью программы QEANT . Расчеты показывают, что при энергии ШАЛ выше 1016 эВ совместная работа черенковской установки и системы из водных баков позволит существенно уточнить поведение химического состава первичных космических лучей.
Статус эксперимента СФЕРА
В период 48ой Российской Антарктической Экспедиции (РАЭ) в районе станции Новолазаревская с участием сотрудника КИВЭ А.В.Перельдика был подготовлен полигон для подъема аэростата. С помощью аппаратуры СФЕРА были проведены измерения светового фона, в том числе и во время полярного сияния. Совместно с ФИАН осуществлялась подготовка к проведению измерений в период 49ой РАЭ.

Продолжалась разработка новой, более совершенной установки СФЕРА-2. Был разработан проект оптической части светоприемника этой установки (составное сферическое зеркало диаметром 1,5 м и узлы крепления мозаики из 108 фотоумножителей). В настоящее время заканчивается изготовление этой системы в НПО COMPAS Чехия, г. Турнов).

Методом математического моделирования была оценена точность определения формы функции пространственного распределения черенковского света ШАЛ с помощью установок СФЕРА-1 и СФЕРА-2. Результаты были представлены на 28 Международной конференции по космическим лучам.

Все работы проводились благодаря поддержке двумя грантами РФФИ и грантом “Университеты России – Фундаментальные исследования”

Инициативный проект ”Создание аэростатной установки для изучения космических лучей в области энергий от 1015 эВ до более 1020 эВ в Антактиде” занял призовое место на конкурсе научных работ НИИЯФ МГУ.
В работе принимали участие:

Атнонов Р.А., Коростелева Е.Е., Кузьмичев Л.А., Перельдик А.В., Просин В.В., Чернов Д.В. Яшин И.В.(ОКЛ).
Работа отражена в публикациях:


  1. Antonov R.A.,Chernov D.V., Korosteleva E.E., Kuzmichev L.A., Maksimuk O.A., Panasyuk M.I., Pereldik A.V. (Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Lomonosov State University, Moscow, Russia), Slavatinsky S.A., Shaulov S.B., Sysoeva T.I. (Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia), W. Tkaczyk (Departament of Experimental Physics of University of Lodz, Poland), Mir. Finger, Mich. Finger (Karlov University, Prague, Czech Republic), M.Sonsky (COMPAS Consortium, Turnov, Czech Republic).

Antarctic balloon measurements of UHE CR ( experiment

SPHERA )

Proc.28th ICRC,2003, HE 1.5, P.981.
2. Antonov R.A., Sysoeva T.I., Titov V.Yu., Chernikov

Balloon research in Antarctic region.

Proc. of the 16th ESA Symposium on European Rocket and Balloon Programmers and Related Research, St. Gallen, Switzerland, 2003 (ESA SP-530, August 2003)
3. EAS-TOP COLLABORATION and Korosteleva E.E., Kuzmichev L.A., Prosin V.V.

Lateral Distribution Function of EAS Cherencov Light: Experiment QUEST and CORSIKA Simulation,

Proc. 28th ICRC, Tsukuba, 2003, v.1, p.89.

1.3 Исследование новых явлений во фрагментационной области при энергиях 1014  1017 эВ методом

рентгеноэмульсионных камер

И.В.Ракобольская. mng@dec1.sinp.msu.ru

Т.М.Роганова. rgn@dec1.sinp.msu.ru


Проведено дополнительное исследование двух чрезвычайно важных особенностей акта множественного рождения частиц  явления выстроенности самых энергичных частиц при энергии более 1016 эВ, обнаруженного при анализе гамма-адронных семейств в эксперименте «Памир» с помощью рентгеноэмульсионных камер (РЭК), и генерации чармированных частиц с большим сечением в области фрагментации, обнаруженной при изучении поглощения адронов в тяжелом веществе с помощью калориметра на Тянь-Шане и в рентгеноэмульсионных глубоких свинцовых камерах эксперимента “Памир”. Исследование эффекта аномального поглощения сводилось к проведению нового моделирования по современным программам каскадов от одиночных адронов в свинце (как в калориметрах, так и в рентгеноэмульсионных камерах), изучению вклада низкоэнергетических процессов в ионизационную кривую и вклада длиннопробежных частиц (в первую очередь, каскадов от мюонов).

Проведен анализ современных представлений о возможном росте сечения чармированных частиц. Показано, что не произошло значительных изменений в понимании скорости роста сечений рождения чармированных частиц при сверхвысоких энергиях. Выявлено, что для объяснения данных по поглощению в свинце рождением чармированных частиц требуется практически линейный рост сечения ( ~ Е0.8 ) в области от 1 до 100 ТэВ, что противоречит существующим теориям и расчетам.

Выполнена адаптация программ SPHYNX и GEANТ_3.21+QGSJET для проведения пробных расчетов развития высокоэнергичных адронных каскадов и каскадов от мюонов в рентгеноэмульсионных камерах и в калориметре с учетом особенностей конструкции калориметра и особенностей регистрации, наиграны банки искусственных событий и проводится сравнение с экспериментальным банком событий, полученном на калориметре тянь-шанской станции. Было показано, что учет сложной структуры калориметра значительно изменяет форму каскадной кривой от одиночных адронов. Форма среднего каскада в калориметре очень сильно зависит от выбранного порога по вторичным частицам.

Завершение расчетов и анализ данных тянь-шанского эксперимента позволит дать новую оценку сечения рождения чармированных частиц.

Поскольку в обоих экспериментах по изучению аномального поглощения в свинце (памирском и тянь-шанском) вклад мюонов может быть заметным, проведено полное Монте-Карло моделирование прохождения мюонов в свинце через рентгеноэмульсионные камеры и калориметр. Для этого в программы GEANT 3.21 и SPHYNX введены корректные сечения рождения пар в соответствии с сечениями GEANT 4.1. Показано, что введение корректного сечения генерации пар значительно увеличивает эффективность генерации каскадов в свинце мюонами. Показано, что благодаря этому эффекту наличие в атмосфере нетривиальной мюонной компоненты, будет проявляться в спектре каскадов в свинце при энергии на порядок меньше, чем в спектре мюонов. Поэтому в случае наличия такой нетривиальной компоненты спектры мюонов, полученные по кривой поглощения и по каскадам, должны отличаться, что и наблюдается на эксперименте, как видно из рис. 1. Дополнительная высокоэнергичная мюонная компонента может быть образована не только чармированными частицами, но и в следствии изменения акта ядерного взаимодействия.

Кроме того, такие высокоэнергичные мюоны могут давать избыточные каскады в свинце на больших глубинах и имитировать длиннопробежную компоненту. Показано, что около 50% избыточных каскадов в свинце, зарегистрированных в РЭК, и около 20% затянутых каскадов в калориметре могут быть объяснены наличием высокоэнергичных мюонов.

Разработан метод оценки высоты образования суперсемейства над регистрирующей эмульсионной камерой по распаду 0-мезонов на пары гамма-квантов. Продолжается анализ уникального стратосферного гамма-адронного суперсемейства «СТРАНА» с Е0 > 1016 эВ. Для более точной оценки высоты взаимодействия над установкой выполнены измерения по ядерным эмульсиям с использованием уникального современного измерительного комплекса ПАВИКОМ и специально созданного программного обеспечения.

Продолжается анализ зарегистрированных в эмульсионных камерах событий типа «Кентавр» (совместно с японскими физиками).

Опубликованы расчеты по анализу чувствительности различных параметров асимметрии пространственного распределения вторичных частиц в гамма-адронных семействах космических лучей к типу первичного ядра, породившего гамма-адронное семейство.




Рис. 1

Спектры мюонов, измеренные по каскадам (нижний рисунок) и спектры мюонов, измеренные по кривой поглощения (верхний рисунок) в случае присутствия в атмосфере дополнительных высокоэнергичных мюонов. MSU – эксперимент измерения спектров мюонов по каскадам, LVD – по кривой поглощения.
В работе принимали участие: В.И.Галкин, В.В.Копенкин, А.К.Манагадзе, В.И.Оседло, И.В.Ракобольская, Т.М.Роганова, Л.Г.Свешникова, Г.Шозиёев.
Работа отражена в публикациях:

1. Rakobolskaya I.V., Roganova T.M., Sveshnikova L.G.// Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.), 2003, v.122, p. 353-356.

2. Agababyan N.B., Atayan M.R., De Wolf E.A. et al. // Ядерная физика, 2003, т. 66, N1, с. 116-124.

3. Галкин В.И., Манагадзе А.К., Оседло В.И. и др. // Вестник Московского Университета, сер. физ., 2003, N 6.

4. Kopenkin V., Fujimoto Y., Sinzi T. // Physical Review D, 2003, v. 68, 052007.


  1. Теоретическое и экспериментальное исследование переноса излучения в земных и астрофизических средах

Т.М.Роганова. rgn@dec1.sinp.msu.ru

По данным эксперимента RUNJOB, анализ которого продолжался в 2003 году, подтвержден полученный ранее важный результат о близких наклонах спектров протонов и ядер гелия. Этот результат согласуется также в области энергий до нескольких десятков ТэВ с электронным экспериментом ATIC ( Рис.1).



Рис.1 Энергетические спектры ядер ПКИ в зависимости от энергии на частицу
Впервые в области энергий несколько десятков ТэВ/нуклон получены данные по отношению первичных ядер к вторичным, указывающие на наличие процессов доускорения в модели, описывающей распространение КЛ в Галактике.

Л.Г. Свешниковой на основе стандартных допущений теории ускорения КЛ в остатках сверхновых (СН) предложена модель формирования потока галактических космических лучей, учитывающая гипотетическое распределение СН разных типов по энергиям взрывов. Показано, что положение и форма "колена" в спектре космических лучей зависят от предположений о распределении сверхновых по энергии, при этом основной вклад в формирование колена могут давать не средние сверхновые, а узкий класс наиболее энергичных вспышек. При разумных предположениях, не противоречащих последним астрономическим данным, модель описывает наблюдаемый спектр КЛ в области колена.



Рис. 2. Спектр ГКЛ, посчитанный в предположении, что сверхновые различных типов имеют различное распределение по энергии.
В 2003г. продолжено исследование ШАЛ, с энергиями, существенно превышающими порог Грейзена-Зацепина-Кузьмина (ГЗК)  "обрезания" энергетического спектра (выше 31020 эВ). Построена 5-ти уровневая схема для моделирования широких атмосферных ливней (ШАЛ) в атмосфере с учетом развития каскадов малых энергий в пространстве 3-х измерений и откликов реальных детекторных станций. Разработанная схема позволяет проводить вычисления для индивидуальных ливней, что очень важно для получения надежных оценок энергии ШАЛ и решения исключительно важного вопроса о наличии или отсутствия обрезания ГЗК в энергетическом спектре первичного космического излучения. В случае принятия стандартной гипотезы о составе первичного космического излучения из протонов получены новые ограничения на параметры, нарушающие лоренцевскую инвариантность. А.А.Кирилловым проведено исследование свойств функции распределения, обобщающей нормальное и экспоненциальное распределения, для их приложения к формальному описанию каскадов гигантских энергий и физической интерпретации вероятностных характеристик этих каскадов (например, глубины максимума каскада в атмосфере).

С использованием известных кодов CORSIKA и GEANT 3.2 проведены расчеты для оценки возможностей детектоpа SuperKamiokande и SuperBaikal. Создано и оттестировано программное обеспечение для расчета радиоимпульса атмосферных ливней небольших энергий <1014 эВ, необходимое для постановки калибровочного ускорительного эксперимента по программе “Пленочные Астрофизические Структуры”.

Для уточнения радиационной обстановки на околоземной орбите проведено исследование трансформации спектра космических лучей малых энергий (с энергиями 1-100 МэВ) при прохождении их в магнитном поле Земли.
  1   2   3

Похожие:

Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 10 14 10 17 эВ методом шал ( Тунка, Сфера) Исследование шал на установке Тунка iconПлан научно-исследовательских работ, финансируемых по Разделу 06 госбюджета РФ ниияф мгу на 2004 год
Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 1014 1017 эВ методом шал
Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 10 14 10 17 эВ методом шал ( Тунка, Сфера) Исследование шал на установке Тунка iconЛабораторная работа Исследование свойств полупроводников методом вольт-фарадных характеристик Методические указания
Абрамов В. Б., Карпанин О. В., Медведев С. П., Метальников А. М, Печерская Р. М. Исследование свойств полупроводников методом вольт-фарадных...
Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 10 14 10 17 эВ методом шал ( Тунка, Сфера) Исследование шал на установке Тунка iconИсследование анизотропии и вариаций космических лучей
Основные показатели деятельности Лаборатории лептонов высоких энергий за 2000 – 2004 годы
Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 10 14 10 17 эВ методом шал ( Тунка, Сфера) Исследование шал на установке Тунка iconГде хранится? адреса архивных учреждений
Тункинское районное объединение "Агропромхимия", с. Тунка Тункинского района (9 августа 1979-1994гг.)
Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 10 14 10 17 эВ методом шал ( Тунка, Сфера) Исследование шал на установке Тунка iconIV. Радиационная безопасность
Корпускулярная радиация состоит из космических лучей,имеющих галактическое происхождение космических лучей, посылаемых Солнцем, частиц,...
Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 10 14 10 17 эВ методом шал ( Тунка, Сфера) Исследование шал на установке Тунка iconЛабораторная работа Исследование свойств полупроводников методом эффекта Холла Методические указания Пенза 2004
Абрамов В. Б., Аверин И. А., Карпанин О. В., Медведев С. П., Метальников А. М, Печерская Р. М. Исследование свойств полупроводников...
Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 10 14 10 17 эВ методом шал ( Тунка, Сфера) Исследование шал на установке Тунка iconИсследование свойств графеновых пленок методом комбинационного рассеяния
Целью работы является исследование графеновых пленок методом комбинационного рассеяния и атомно-силовым микроскопом
Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 10 14 10 17 эВ методом шал ( Тунка, Сфера) Исследование шал на установке Тунка iconРелигиозные обряды казахов аула Каразюк
Исследование данной проблематики тесно связано с процессами, которые проходили в России в этот период. Исходя из этого исследование...
Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 10 14 10 17 эВ методом шал ( Тунка, Сфера) Исследование шал на установке Тунка iconОграничения на ускорение космических лучей сверхвысоких энергий в астрофизических источниках
Несмотря на десятилетия напряженных исследований, некоторые вопросы физики космических лучей сверхвысоких энергий (энергии порядка...
Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 10 14 10 17 эВ методом шал ( Тунка, Сфера) Исследование шал на установке Тунка iconОтчет по лабораторной работе №9 " Исследование методов узкополосного согласования в волноводных трактах" Подпись Дата Ф. И. О
Изучение расчетных методов согласования, экспериментальное исследование частотных характеристик схем согласования с помощью автоматической...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org