Перейти на главную страницу
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=200-20P, 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).
SPHERA )
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. [email protected]
Т.М.Роганова. [email protected]
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.
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.
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
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.
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.
В работе принимали участие: В.И.Галкин, Л.Г.Деденко, А.А.Кириллов, В.В.Копенкин, А.К.Манагадзе, И.В.Ракобольская, Т.М.Роганова, Л.Г.Свешникова, Г.Ф.Федорова, Г.Г.Гецов, Е.А.Замчалова, К.В.Мандрицкая, Г.П.Сажина, П.А.Публиченко, В.И.Оседло, Д.С.Ошуев, С.Н.Назаров, О.Бондарцова, В.А.Дербина, И.А.Кроль, В.В.Петрухин, Е.Ю. Федунин, Г.Шозиёев,
Работа отражена в публикациях:
1. Hareyama M., … Galkin V.I., Roganova T.M. et al // Nucl. Instr. and Meth. in Physics Research A , 2003, v.512, p.553–571
В.И.Зацепин. viza@dec1.sinp.msu.ru
AMS-1 (AMS Collaboration, 2000, Phys.Lett.B,490,27 );
JACEE (Takahashi et al, 1998, Nucl.Phys. B 60B,83 ).
Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 1014 1017 эВ методом шал
14 10 2014
3 стр.
В результате анализа эволюции стандартного спектра убегающих электронов в отчётный период получены высоты генерации гамма-квантов в экспериментально зарегистрированных событиях. По
16 12 2014
1 стр.
На основании Устава муниципального образования сельское поселение «Тунка», решением сессии Совета депутатов муниципального образования сельского поселения «Тунка» от 19. 10. 2011 г
14 10 2014
1 стр.
Основные показатели деятельности Лаборатории лептонов высоких энергий за 2000 – 2004 годы
16 12 2014
1 стр.
Шал вблизи поверхности Земли на основе новой феноменологической переменной – локальной плотности мюонов. Проведено сравнение распределений по расстоянию от оси ливня, энергиям, выс
16 12 2014
1 стр.
Вероятными астрофизическими источниками космических лучей сверхвысоких энергий и нейтрино могут служить черные дыры в ядрах галактик и сверхновые, поэтому их исследование пред
16 12 2014
1 стр.
Цель работы: исследование конфигурации электростатического поля; построение эквипотенциалей и линий напряженности для заданной формы электродов
24 09 2014
1 стр.
Внутреннее акушерское исследование включает: осмотр наружных половых органов, исследование шейки матки при помощи зеркал, влагалищное исследование
30 09 2014
1 стр.