Воздушный душ (физика)

Воздушный поток космических лучей, создаваемый протоном с энергией 1 ТэВ, попадающим в атмосферу на высоте 20 км над Землей. Моделирование ливня проводилось с помощью пакета AIRES . Анимированные 3d модели этого и других душевых кабин можно найти на сайте COSMUS .

Обнаружен атмосферный ливень в облачной камере .

Воздух душ обширные (много километров в ширине) каскад из ионизированных частиц и электромагнитного излучения , полученного в атмосфере при первичных космических лучах (т.е. один из внеземного происхождения) входит в атмосферу. Когда частица, которая может быть протоном , ядром , электроном , фотоном или (реже) позитроном , ударяется о ядро ​​атома в воздухе, она производит много энергичных адронов.. Нестабильные адроны в воздухе быстро распадаются на другие частицы и электромагнитное излучение, которые являются частью компонентов ливня. Вторичное излучение падает, включая рентгеновские лучи , мюоны , протоны , антипротоны , альфа-частицы , пионы , электроны , позитроны и нейтроны .

Доза от космической радиации в значительной степени от мюонов, нейтронов и электронов, с мощностью дозы , которая варьируется в различных частях мира , и в значительной степени на основе геомагнитного поля, высоту и солнечный цикле. Экипажи авиакомпаний получают больше космических лучей, если они обычно работают по маршрутам полета, которые ведут их близко к Северному или Южному полюсу на больших высотах, где этот тип излучения максимален.

Воздушный ливень был обнаружен Бруно Росси в 1934 году. Наблюдая космические лучи с детекторами, расположенными на расстоянии друг от друга, Росси обнаружил, что многие частицы одновременно достигают детекторов. ^[1] Это явление теперь называется воздушным душем.

Формирование воздушного ливня [ править ]

Формирование атмосферного ливня. Первый протон сталкивается с частицей в воздухе, создавая пионы, протоны и нейтроны.

После столкновения первичной космической частицы с молекулой воздуха основную часть первых взаимодействий составляют пионы . Также могут быть созданы каоны и барионы . Пионы и каоны нестабильны, поэтому они могут распадаться на другие частицы.

Нейтральные пионы в процессе распадаются на фотоны . Произведенные фотоны образуют электромагнитный каскад, создавая больше фотонов, протонов, антипротонов, электронов и позитронов. ^[2]${\ displaystyle \ pi ^ {0}}$${\ displaystyle \ gamma}$${\ displaystyle \ pi ^ {0} \ rightarrow \ gamma + \ gamma}$

Заряженные пионы преимущественно распадаются на мюоны и нейтрино в процессах и . Так рождаются мюоны и нейтрино в атмосферном ливне. ^[2]${\ displaystyle \ pi ^ {\ pm}}$${\ displaystyle \ pi ^ {+} \ rightarrow \ mu ^ {+} + \ nu}$${\ displaystyle \ pi ^ {-} \ rightarrow \ mu ^ {-} + \ nu}$

То же самое верно и для каонов, которые при этом могут производить мюоны . Кроме того, каоны могут образовывать также пионы в режиме распада . ^[2]${\ Displaystyle К ^ {+/-} \ rightarrow \ mu ^ {+/-} + \ nu}$${\ Displaystyle К ^ {+/-} \ rightarrow \ pi ^ {+/-} + \ pi ^ {0}}$

Обнаружение [ править ]

Исходная частица прибывает с высокой энергией и, следовательно, со скоростью, близкой к скорости света , поэтому продукты столкновений также имеют тенденцию двигаться в основном в том же направлении, что и первичная, но в некоторой степени распространяются в стороны. Кроме того, вторичные частицы производят широко распространенную вспышку света в прямом направлении из-за эффекта Черенкова , а также флуоресцентный свет, который изотропно излучается при возбуждении молекул азота. Каскад частиц и свет, производимый в атмосфере, можно обнаружить с помощью массивов поверхностных детекторов и оптических телескопов. В поверхностных детекторах обычно используются черенковские детекторы или сцинтилляционные счетчики.для обнаружения заряженных вторичных частиц на уровне земли. Телескопы, используемые для измерения флуоресценции и черенковского света, используют большие зеркала для фокусировки света на скоплениях ФЭУ . Наконец, атмосферные ливни излучают радиоволны из-за отклонения электронов и позитронов геомагнитным полем. В качестве преимущества перед оптическими методами радиообнаружение возможно круглосуточно, а не только в темные и ясные ночи. Таким образом, в нескольких современных экспериментах, например, ТАЙГА , ЛОФАР или обсерватория Пьера Оже, в дополнение к детекторам частиц и оптическим методам используются радиоантенны.

Продольный профиль числа заряженных частиц может быть параметризован функцией Гайссера – Хилласа .

См. Также [ править ]

• Обсерватория космических лучей

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Обширный атмосферный дождь .
• Детектор воздушного душа Buckland Park
• Система обнаружения парков Хавера
• Детекторная система HiRes
• Обсерватория Пьера Оже
• HiSPARC (проект средней школы по астрофизическим исследованиям с помощью космики)
• АЙРЭС (Airshower Extended симуляторы): Большой и хорошо документированы Fortran пакет для имитации ливней космических лучей от Sergio Sciutto на кафедре физики Universidad Nacional - де - Ла - Плата , Аргентина
• CORSIKA , CORSIKA : еще один код для моделирования атмосферных ливней с космическими лучами, автор Дитер Хек из Forschungszentrum Karlsruhe , Германия.
• КОСМУС  : интерактивные анимированные 3D-модели нескольких различных атмосферных потоков космических лучей и инструкции о том, как создать свой собственный с помощью моделирования AIRES. От группы COSMUS Чикагского университета.
• Milagro Animations  : фильмы и инструкции по их созданию, показывающие, как атмосферный дождь взаимодействует с детектором Milagro. Мигель Моралес.
• CASSIM Animations  : Анимация различных атмосферных потоков космических лучей, сделанная Хайо Дрешлером из Нью-Йоркского университета.
• Эксперимент SPASE2  : эксперимент с Южным полюсом воздушного ливня (SPASE).
• ГАММА-эксперимент  : эксперимент с высокогорным воздушным душем.