Космические лучи. Широкие атмосферные ливни.

Большие и малые энергии Энергия = Сила х Путь Величина измерения Джоуль в Макро мире Электрон-Вольт в Микро мире: энергия, приобретаемая электронов, проходящим разность потенциалов в 1 Вольт 1 калория = Джоуля эВ = 4 калории = 2 таблетки Тик-Так 1 эВ = 1,602 · 10 –19 Дж 0, Дж Международные обозначения: eV = эВ J = Дж

Масштабы энергии частиц в природе 0,03 eV Энергия молекулы кислорода или азота в воздухе 0,67 eV Энергия, необходимая протону или нейтрону, чтобы избежать земного притяжения 1000 – eV, eV Типичные энергии электрона Северного Сияния Энергия Рентгеновского излучения у дантиста MeV Энергия частиц, излучаемых в радио-активных распадах ядер GeV Область энергии, покрываемаемая космическими лучами Большие и малые энергии

Энергия частиц в ускорителях (на примере ЦЕРН) ISR : Intersecting Storage Rings Первый протон-протонный коллайдер с максимальной энергией 31 ГэВ (1971) SPS : Super Proton Synchrotron Протонный ускоритель до энергии 450 ГэВ. LEP : Large Electron-Positron collider Пучки e + e - с энергией каждого вплоть до 200 ГэВ LHC : Large Hadron Collider Доступны энергии до ГэВ (14 ТэВ). Большие и малые энергии

10 20 эВ = эВ В космических лучах зарегистрированы частицы с энергией порядка и даже выше, чем Это практически МАКРОСКОПИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ в 16 Дж! Такие события ОЧЕНЬ редкие: 1 раз на 100 квадратных километров в год

Courtesy by V.Naumov

История Космических Лучей

A gold-leaf Bennet-type electroscope (ca. 1880s) manufactured by Ducretet. Даже хорошо изолированные золотые лепестки электроскопа медленно опадают. …наблюдение учёных до 1900 J.Elster, H. F.Geitel, C.Wilson исследовали этот феномен и пришли к выводу, что существуют и другие неизвестные источники ионизирующего излучения. Уилсон даже предположил, что ионизация может быть "... из-за излучения от источников за пределами нашей атмосферы, возможно излучения, например, рентгеновских или катодных лучей, но с чрезвычайно большой проникающей способностью." Вскоре после этого, две канадские группы, Эрнст Резерфорд и Г. Лестер Кук из университета Торонто, показали, что 5 см свинца сократили этот таинственный излучения на 30%, но дополнительные 5 т свинца не приводили к уменьшению излучения дальше. Courtesy by V.Naumov

Victor Hess won Victor Hess won The Nobel Prize in Physics 1936 The Nobel Prize in Physics 1936 "for his discovery of cosmic radiation". "for his discovery of cosmic radiation". Classic references: V.F. Hess, Physik. Zeitschr. 12 (1911) 998. V.F. Hess, Physik. Zeitschr. 13 (1912) V.F. Hess, Physik. Zeitschr. 14 (1913) 610. Background of the slide: H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) a next-generation system of Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes for the investigation of cosmic gamma rays in the 100 GeV energy range. Courtesy by V.Naumov

История космических лучей Природа космических лучей 1925 :1925 : Роберт Милликан думал, что лучи Гесса это гамма - излучение. Роберт Милликан думал, что лучи Гесса это гамма - излучение :1929 : Бете и Колорстер (W. Bothe, W. Kohlörster), используя счетчик Гейгера показали, что лучи Гесса - заряжены НЕ гамма - излучение!! Бете и Колорстер (W. Bothe, W. Kohlörster), используя счетчик Гейгера показали, что лучи Гесса - заряжены НЕ гамма - излучение!! Скобельцин изучая треки частиц в пузырьковой камере показал, что лучи Хесса это не гамма – излучение. Скобельцин изучая треки частиц в пузырьковой камере показал, что лучи Хесса это не гамма – излучение.

Пузырьковая камера Вилсона Пузырьковая камера Вилсона Перед тем, как сконденсироваться, пары спирта претерпевают зону перенасыщения. В этой зоне ионы, рожденные заряженными частицами, пересекающими сосуд, служат центрами конденсации и делают видимыми треки частиц. Перед тем, как сконденсироваться, пары спирта претерпевают зону перенасыщения. В этой зоне ионы, рожденные заряженными частицами, пересекающими сосуд, служат центрами конденсации и делают видимыми треки частиц. Анализируя траектории (длина, плотность, профиль) можно идентифицировать тип частицы по ее взаимодействию с веществом Анализируя траектории (длина, плотность, профиль) можно идентифицировать тип частицы по ее взаимодействию с веществом История космических лучей

Открытие новых частиц: Открытие новых частиц: 1932 : позитрон e : позитрон e+ Предсказан Дираком в 1930Предсказан Дираком в 1930 По следу КЛПо следу КЛ 1936 : мюон 1936 : мюон Напоминает электрон, но в 200 раз массивнее Напоминает электрон, но в 200 раз массивнее 1947 : пион 1947 : пион История космических лучей

Космические Лучи

Происхождение космических лучей Происхождение космических лучей Астрофизические механизмы рождения частиц Астрофизические механизмы рождения частиц Реакции слияния в центрах звезд Реакции слияния в центрах звезд Сверх-новые Сверх-новые Столкновения галактик Столкновения галактик Черные дыры (в центре галактик) Черные дыры (в центре галактик) Активные галактические ядра Активные галактические ядра Supernova 1987A – image dHubble космические лучи космические лучи Столкновения галактик NGC 4036 и NGC 4039

Широкие атмосферные ливни

Gamma e+, e- muons

Сцинтилляторы Сцинтилляторы Сцинтилляторы делаются из специального сцинтиллирующего пластика Сцинтилляторы делаются из специального сцинтиллирующего пластика Как только частица пересекает детектор и сцинтилляторную плоскость, рождаются фотоны, которые регистрируются фотоумножителями Фотоумножитель усиливает сигнал и выходной сигнал прямо пропорционально числу падающих фотонов

Явления, которые дали основание предположить, что кроме ШАЛ есть и другие источники, сигналы от которых регистрируются каждой станцией установки «РУСАЛКА» : Явления, которые дали основание предположить, что кроме ШАЛ есть и другие источники, сигналы от которых регистрируются каждой станцией установки «РУСАЛКА» :

Схема совпадений Сигнал счетчика 1 (Шум ФЭУ) Сигнал счетчика 2 (Шум ФЭУ)

Определение вкладов в суммарный спектр сигналов от фоновой радиации.

Результаты работы и выводы. Доказано, что станции установки регистрируют сигналы, по крайней мере, от трёх источников: Доказано, что станции установки регистрируют сигналы, по крайней мере, от трёх источников: 1) фоновой радии 2) Шумов ФЭУ 3) Частиц ШАЛ. Частицы ШАЛ дают больший вклад в область нсек. и определяют правую часть суммарного спектра, а радиационный фон и шумы ФЭУ в область нсек. и, следовательно, определяют левую часть суммарного спектра. Частицы ШАЛ дают больший вклад в область нсек. и определяют правую часть суммарного спектра, а радиационный фон и шумы ФЭУ в область нсек. и, следовательно, определяют левую часть суммарного спектра. Результаты данной работы будут использованы для расширения круга исследований, которые можно выполнять в рамках проекта «Ливни знаний» и для дальнейшего совершенствования и настройки оборудования установки «РУСАЛКА». Результаты данной работы будут использованы для расширения круга исследований, которые можно выполнять в рамках проекта «Ливни знаний» и для дальнейшего совершенствования и настройки оборудования установки «РУСАЛКА».