Энергетический спектр и массовый состав космических лучей в диапазоне энергий 1015-1017 эВ по данным установок для регистрации черенковского света от широких атмосферных ливней
Диссертация
После экспериментального обнаружения черенковского излучения ШАЛ начались интенсивные исследования характеристик этого излучения и их связи с параметрами ливней. В работах А. Е. Чудакова была впервые установлена связь между потоком черенковского излучения и энергий рассеянной ШАЛ над уровнем наблюдения. В 1957 году на Памирской станции были проведены первые измерения функции пространственного… Читать ещё >
Содержание
- 1. Постановка задач и обзор литературы
- 1. 1. Состояние исследований к началу настоящей работы
- 1. 2. Диапазон энергий первичных частиц, в котором применяется черенковская методика
- 1. 3. Уникальные возможности черенковского излучения для исследования ШАЛ
- 1. 4. Изучаемые параметры: энергия и продольное развитие как характеристика массы первичной частицы
- 2. Эксперименты по регистрации ШАЛ с использованием черенковского света в Якутске, Самарканде, Тункинской долине и на горах Гран Сассо в Италии
- 2. 1. Общие особенности экспериментов по регистрации черенковского света ШАЛ
- 2. 2. Якутск
- 2. 3. Самарканд
- 2. 4. Якутск
- 2. 5. Установка для регистрации ШАЛ по черенковскому свету Тунка
- 2. 6. Гран Сассо
- 3. Последовательное развитие методики измерения основных параметров первичной частицы (1975 — 2005 гг)
- 3. 1. Основные методические подходы к анализу данных ШАЛ
- 3. 2. Постановка задачи моделирования ШАЛ
- 3. 3. Моделирование ШАЛ с помощью программы
- CORSIKA
- 3. 4. Уточнение функции пространственного распределения че-ренковского света ШАЛ
- 3. 5. Методика измерения энергии с помощью черенковского света ШАЛ
- 3. 5. 1. Якутский подход
- 3. 5. 2. Подход Q (100) в Самарканде
- 3. 5. 3. Подход Q (100) для плотной установки в Якутске
- 3. 5. 4. Наиболее модельно независимый метод измерения энергии в эксперименте QUEST
- 3. 5. 5. Методика определения энергии в эксперименте Тунка
- 3. 6. Методика измерения глубины максимума ШАЛ по длительности импульса на большом расстоянии от оси
- 3. 6. 1. Определение параметров импульса
- 3. 6. 2. Восстановление глубины максимума ливня по длительности черенковского импульса
- 3. 7. Методика измерения глубины максимума ШАЛ по функции пространственного распределения черенковского света
- 3. 8. Методика определения среднего логарифма массы первичных частиц
- 4. Обработка экспериментальных данных
- 4. 1. Основные принципы обработки экспериментальных данных от широких атмосферных ливней
- 4. 2. Методы предварительной калибровки аппаратуры
- 4. 2. 1. Калибровка временных показаний детекторов
- 4. 2. 2. Первичная амплитудная калибровка детекторов
- 4. 3. Калибровка аппаратуры по самим зарегистрированным данным
- 4. 3. 1. Контроль работы детекторов установки Тунка
- 4. 3. 2. Спектры плотностей черенковских вспышек света
- 4. 4. Восстановление параметров событий по показаниям независимых сцинтилляционных детекторов
- 4. 5. Восстановление параметров событий по показаниям детекторов черенковского света
- 4. 6. Современный вариант программы восстановления параметров событий
- 5. Моделирование экспериментов
- 5. 1. Общие принципы
- 5. 2. Модель атмосферы
- 5. 3. Первый опыт реализации программы моделирования эксперимента на Якутской установке
- 5. 4. Современный вариант программы моделирования эксперимента
- 5. 5. Моделирование работы детекторов формы импульсов
- 6. Результаты экспериментов
- 6. 1. Условия проведения экспериментов и общая статистика
- 6. 2. Средние ФПР и связь их параметров с зенитным углом ШАЛ
- 6. 3. Интегральный энергетический спектр по данным эксперимента QUEST
- 6. 4. Дифференциальный энергетический спектр
- 6. 5. Зависимость средней глубины максимума от энергии
- 6. 6. Распределение, но глубине максимума
- 6. 7. Результаты анализа экспериментальных данных о глубине максимума ШАЛ
- 6. 8. Наиболее вероятный средний состав первичного космического излучения и его изменение с ростом энергии
Список литературы
- Куликов Г. В., Христиансен Г. Б. О спектре широких атмосферных ливней ио числу частиц. // ЖЭТФ, 1958, т.35, с.635—640.
- Valchierotti S. for the EAS-TOP Collaboration. The Cosmic Ray * Primary Composition in the Knee Region through the EAS Electromagnetic and Muon Measurements at EAS-TOP. // Proc. of 28th Int. Cosmic Ray Conf. Tsukuba, Япония, 2003, v. l, p.151−154.
- Roth M. et al. (KASCADE Collaboration) Energy Spectrum and Elemental Composition in the PeV Region. // Proc. of 28th Int. Cosmic Ray Conf. Tsukuba, Япония, 2003, v. l, p. 139−142.
- Rawlins К. et al. Measurement of the Cosmic Ray Composition at the Knee with the SPASE-2/AMANDA-B10 Detectors. // Proc. of 28th Int. Cosmic Ray Conf. Tsukuba, Япония, 2003, v. l, p.173—176.
- Джелли Дж. Черенковское излучение. — М.: Атомиздат, 1960.
- Chudakov А.Е. et al. Cerenkov radiation of extensive air showers. // Nuovo Cimento, 1958, v.8, N.2, p.606.
- Зацепин В.И., Чудаков А. Е. Пространственное распределение интенсивности черенковского света от широких атмосферных ливней. // ЖЭТФ, 1962, 42, 6.
- Фомин Ю.Ф., Христиансен Г. Б. О форме импульса черенковского излучения широкого атмосферного ливня. // Ядерная физика, 1971, т. 14, вып. З, с.642−646.
- Kalmykov N.N., Prosin V.V., Khristiansen G.B., Grigoriev V.M., Efimov N.N., Krasilnikov D.D. and Kuzmin A.I. The Study of the
- Shape of Cerenkov Pulses from EAS. // Proc. of 14th ICRC Munchen, Германия, 1975, v.8, p.3034−3038.
- Просин В.В. Исследование формы черенковских импульсов на больших расстояниях от оси ШАЛ.: Диссертация на соискание ученой степени к. ф.-м. н. — Москва, 1980.
- Христиансен Г. Б., Куликов Г. В., Фомин Ю. А. Космическое излучение сверхвысоких энергий. — М.: Атомиздат, 1975, с. 256.
- Arqueros F. et al. Energy spectrum and chemical composition of cosmic rays between 0.3 PeV and 10 PeV determined from the Cherenkov light and charged particle distributions in air showers. // Astronomy and Astrophysics, 2000, v.359, p.682−694.
- Paling A. M. et al. Resalts from the CACTI Experiment: Air Cherenkov and Particle Measurement of PeV Air Showers at Los Alamos. // Proc. of 25th Int. Cosmic Ray Conf. Durban, Южная Африка, 1997, v.5, p.253—256.
- Fowler J.W., Fortson L.F., Jui C.C.H., Kieda D.B., Ong R.A., Pryke C.L., Sommers P. A Measurement of the Cosmic Ray Spectrum and Composition at the Knee. // Astroparticle Physics, 2001, v.15, p.49−64.
- Erlykin A.D., Wolfendale A. A single source of cosmic rays in the range 1015 eV to 1016 eV. // 1997, J.Phys.G.23,979.
- Grigorov N.L., Gubin Yu.V., Rappoport I.D. et al. Energy spectrum of primary cosmic rays in the 1011 — 1015 eV energy range according to the data of Proton-4 measurements. // Proc. of 12th ICRC, Hobart, 1971, v.5, p.1746−1751.
- Ivanenko LP. et al. Energy spectra of various cosmic ray components at energies higher than 2 TeV measured by apparatus Sokol. // Proc. of 23th Int. Cosmic Rays Conf. Calgary, Канада, 1993, v.2, p. 17—20.
- Borione A. et al. A Large air shower array to search for astrophysical sources emitting gamma rays with energies > 1014 eV. // Nucl. Instrum. Meth., 1994, V. A346, p.329−352.
- Cherry M.L. et al. Where is the bend in the cosmic ray proton spectrum?. // Proc. of 26th Int. Cosmic Rays Conf. Salt Lake City, США, 1999, v.3, p.187−190.
- Apanasenko A.V. et al. Primary cosmic ray spectra observed by RUNJOB: Proton and alpha spectra. // Proc. of 26th Int. Cosmic Rays Conf. Salt Lake City, США, 1999, v.3, p.163−166.
- Adams J.H. и др. Матрица кремниевых детекторов как детектор заряда в эксперименте АТИК. // Приборы и техника эксперимента, 2001, N.4, с.38−44.
- Сазанский В.Я., Шейнгезихт А. А. Регистратор однократных импульсных сигналов АФИ—16. // Преппринт 79−37, Новосибирск, ИЯФ СО АН СССР, 1979.
- Нифонтов В.И., Орешков А. Д., Путьмаков А. Н. Контроллер и драйвер для организации связи в последовательном виде между ЭВМ «Электроника-60"и крейтом «КАМАК». // Преппринт 8290, Новосибирск, ИЯФ СО АН СССР, 1982.
- Диминштейн О.С. Методы анализа данных по широким атмосферным ливням и их реализация на Якутской установке ШАЛ.: Диссертация на соискание ученой степени к. ф.-м. н. — Москва, НИИЯФ МГУ, 1979.
- Ильина Н.П., Калмыков Н. Н., Просин В. В. Черенковское излучение и параметры ШАЛ. // Ядерная физика, 1992, т.55, вып. 10, с. 2756 2767.
- Ozawa S. et al. The Energy Spectrum of All Particle Cosmic Rays around the Knee Region Observed with the Tibet Air Shower Array. // Proc. of 28th Int. Cosmic Ray Conf. Tsukuba, Япония, 2003, v. l, p. 143−146.
- Хакимов H. Глубина максимума ШАЛ с энергией 1015 — 1016 эВ, полученная методом регистрации формы импульса черенковского излучения.: Диссертация на соискание ученой степени к. ф.-м. н. — Москва, 1985.
- Lindner A. A New Method to Reconstruct the Energy and Determine the Composition of Cosmic Rays from the Measurement of Cherenkov Light and Particle Densities in Extensive Air Showers. // Astropart. Phys., 1998, v.8, p.235 258.
- Жуков В.Ю. Глубина максимума ШАЛ с энергиями 1016—1017 эВ и ее флуктуации.: Диссертация на соискание ученой степени к. ф.-м. н. Москва, 1988.
- Korosteleva E.E., Kuzmichev L.A., Prosin V.V. and EAS-TOP Collaboration. Lateral Distribution Function of EAS Cherenkov Light: Experiment QUEST and CORSIKA Simulation. // Proc. of 28th Int. Cosmic Ray Conf. Tsukuba, Япония, 2003, v. l, p.89—92.
- Dickinson J. E. et al. A new air Cherenkov array at the South Pole. // Nucl. Instrum. Meth. A, 2000, v.440, p. 114−123.
- Dickinson J. E. et al. The new South Pole air shower experiment: SPASE-2. // Nucl. Instrum. Meth. A, 2000, v.440, p.95−113.
- Andres E. et al. The AMANDA neutrino telescope: Principle of operation and first results. // Astroparticle Physics, 2000, v.13, p. l—20.
- Багдуев Р.И. и др. Высокочувствительный фотоириемник КВАЗАР—370 для крупномасштабных экспериментов в космических лучах. // Известия РАН, сер.физ., 1993, т.57, вып.4, с.135—137.
- Антонов Р.А. и др. Широкоугольный черенковский детектор ШАЛ на основе полусферических светоприемников. // Известия РАН, сер. физ., 1993, т.57, вып.4, с.181−185.
- Karle A. et al. Analog optical transmission of fast photomultiplier pulses over distances of 2 km. // Nucl. Instrum. Meth., 1997, V. A387, p.274—277.
- Коростелева E.E., Кузьмичев Л. А., Просин В. В., Чернов Д. В., Яшин И. В. Детекторы для регистрации черенковского света на больших расстояниях от оси ШАЛ. // Препринт НИИЯФ МГУ — 2004−3/742.
- Knapp J. and Heck D. Extensive Air Shower Simulation with CORSIKA: A User’s Guide (Version 5.61). — Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe, 1998.
- Галкин В.И. Пакет CORSIKA — инструмент для моделирования ШАЛ. // Описание задачи вычислительного практикума кафедры космических лучей и физики космоса. — Москва, 1998.
- Глушков А.В. Пространственное распределение и полный поток черенковского излучения ШАЛ с первичной энергией Ец > 1017 эВ.: Диссертация на соискание ученой степени к. ф.-м. н. — Москва, НИИЯФ МГУ, 1982.
- Ефимов Н.Н., Жуков В. Ю., Калмыков Н. Н., Просин В. В., Христиансен Г. Б. Изучение черенковского излучения ШАЛ с энергией более 7−1015 eV. // Материалы Всесоюзной конференции ио космическим лучам, Алма-Ата: КазГу, 1989, с.17—18.
- Глушков А.В., Диминштейн О. С., Ефимов Н. Н., Каганов Л. И. и др. Энергетический спектр космических лучей экстремальных энергий. Характеристики широких атмосферных ливней космических лучей сверхвысоких энергий. ЯФ СО АН СССР, Якутск, 1976, с.45−86
- Жуков В.Ю., Калмыков Н. Н., Просин В. В., Христиансен Г. Б. Изучение черенковского излучения ШАЛ с энергией более 7 • 1015 eV. // Материалы Всесоюзной конференции по космическим лучам, Алма-Ата: КазГу, 1989, с. 17−18.
- Глушков А.В., Григорьев В. М., Диминштейн О. С., Ефимов Н. Н., Каганов Л. И. и Прав дин М.И. Феноменология ШАЛ и иервичное излучение. // Препринт, Якутск, ЯФ СО АН СССР, 1978.
- Григорьев В.М., Ефимов Н. Н., Калмыков Н. Н., Нечин Ю. А., Просин В. В., Христиансен Г. Б. Дальнейшие исследования формы импульса черенковского излучения ШАЛ на Якутской установке. // Изв. АН СССР, сер.физ., 1978, т.42, No7, 1445 1448.
- Алиев Н. Пространственное распределение черенковского излучения ШАЛ с энергией 1015 — 1016 эВ на уровне 940 г/см2.: Диссертация на соискание ученой степени к. ф.-м. н. — Москва, 1985.
- Aliev N., Alimov Т., Kakhkharov М., Makhmudov В.М., Rakhimova N., Tashpulatov R., Kalmykov N.N., Khristiansen G.B., Prosin V.V.
- On the Determination of the Depth of EAS Development Maximum Using the Lateral Distribution of Cerenkov Light at Distances <150 m from EAS Axis. // Proc. 19th ICRC La Jolla, USA, 1985, 7, p 107−111.
- Орлов В.А. Установка для измерения зенитно-азимутальных координат осей широких атмосферных ливней космических лучей.: Диссертация на соискание ученой степени к. ф.-м. н. — ЯГУ, Якутск, 1973 г.
- Glushkov А.V., Diminstein O.S., Efimov N.N. et al. Measurements of the Particle Density at the Yakutsk Study of the Shape of Cerenkov Pulses from EAS. // Proc. of 14th ICRC Munchen, Германия, 1975, v.8, p.3034−3038.
- Korosteleva Е., Kuzmichev L., Prosin V., Lubsandorzhiev В., EAS-TOP COLLABORATION. Primary Energy Measurement with EAS Cerenkov Light: Experiment QUEST and CORSIKA Simulation. // International Journal of Modern Pysics A, 2005, v.20, N.29, p.6837 6839.
- Зуев В.E., Белан Б. Д., Задде Г. О. Оптическая погода. — М.: Наука, Сибирское отделение, 1990, с.8—10.
- Walter P. et al. А 1 GHz Flash ADC Module in VME bus. // IEEE Trans. Nucl. Science, 1988, v.35, N.l.
- Aglietta M. et al. (EAS-TOP Collaboration) The EAS Size Spectrum and the Cosmic Ray Energy Spectrum in the region 1015 — 1016 eV. // Astropart.Phys., 1999, v.10, p.l.
- Панов А.Д. от имени коллаборации ATIC, Спектры элементов по данным эксперимента АТИК-2. // Частное сообщение по материалам доклада, подготовленного для Всероссийской конференции по космическим лучам, Москва, 2006.
- Glushkov A.V. et al., Energy Spectrum of Primary Cosmic Rays in the Energy Region 1017 Ю20 eV by Yakutsk Array Data. // Proc. 28th ICRC Tsukuba, 2003, v.2, p.389.
- Sakaki N. et al., Cosmic Ray Energy spectrum above 3×1018 eV observed with AGASA. // Proc. 27th ICRC Hamburg, 2001, v.3, p.333.
- Ogio S. for the BASJE Collaboration, The Energy Spectrum and the Chemical Composition of Primary Cosmic Rays with Energies from 1014 to 1016 eV. // Proc. 28th ICRC, 2003, Tsukuba, Japan, v. l, p.131 134.
- Bergman D.R. for the HiRes Collaboration, Monocular UHECR Spectrum Measurements from HiRes. // Proc. 29th ICRC, Pune, 2005, v.7, p.307 310.
- Sommers P. for The Pierre Auger Collaboration, First Estimate of the Primary Cosmic Ray Energy Spectrum above 3 EeV from the Pierrre Auger Observatory. // Proc. 29th ICRC Pune, 2005, v.7, p.387 390.
- Калмыков H.H., Просин В. В., Христиансен Г. Б. Продольное развитие ШАЛ, но результатам исследования черенковского излучения. // ЯФ, 1995, т.58, 9, с.1657−1663.
- Hoerandel J.R. et al. On the knee in the energy spectrum of cosmic rays. // Astroparticle Physics, 2003, v. 19, p. 193−220.
- Dickinson J.E. et al. Studies of the mass composition of cosmic rays with the SPASE-2/VULCAN instrument at the South Pole. // Proc. of 26th Int. Cosmic Ray Conf. Salt Lake City, США, 1999, v.3, p.136−139.
- Ostapchenko S. QGSJET-II: Results for extensive air showers. // Nucl.Phys.Proc.Suppl, 2006, v. 151, p. 147 150.
- Korosteleva E.E., Kuzmichev L.A., Prosin V.V. EAS-TOP COLLABORATION, Cosmic Ray Energy Measurement with EAS Cherenkov Light: Experiment QUEST and CORSIKA Simulation. // Proc. 29th ICRC Pune, India, 2005, v.6, p.253 256.
- Буднев H.M. и др., Установка для регистрации ШАЛ по черенков-скому свету площадью 1 км² в Тункинской долине. // Изв. РАН, сер.физ. 2005, Т.69, 3, С.347−349.