Воздушный душ (физика)

Авиационный ливень представляет собой обширный (многокилометровый) каскад ионизированных частиц и электромагнитного излучения , возникающий в атмосфере при попадании в атмосферу первичного космического луча (т.е. внеземного происхождения). Когда частица, которая может быть протоном , ядром , электроном , фотоном или (реже) позитроном , сталкивается с ядром атома в воздухе, она производит много энергичных адронов . Нестабильные адроны быстро распадаются в воздухе на другие частицы и электромагнитное излучение, которые являются частьюкомпоненты ливня частиц . Вторичное излучение падает вниз, включая рентгеновские лучи , мюоны , протоны , антипротоны , альфа-частицы , пионы , электроны , позитроны и нейтроны .

Доза космического излучения в основном обусловлена ​​мюонами, нейтронами и электронами, при этом мощность дозы варьируется в разных частях мира и в основном зависит от геомагнитного поля, высоты над уровнем моря и солнечного цикла. Экипажи авиакомпаний получают больше космических лучей, если они регулярно работают на маршрутах, которые проходят близко к Северному или Южному полюсу на больших высотах, где этот тип излучения максимален.

Воздушный ливень был открыт Бруно Росси в 1934 году. В 1937 году Пьер Оже , не зная о более раннем отчете Росси, обнаружил то же явление и исследовал его довольно подробно. Он пришел к выводу, что частицы первичных космических лучей высокой энергии взаимодействуют с ядрами воздуха высоко в атмосфере, инициируя каскад вторичных взаимодействий, которые в конечном итоге приводят к потоку электронов и фотонов, достигающих уровня земли. ^{[1] [2]} Наблюдая за космическими лучами с детекторами, расположенными отдельно друг от друга, Росси обнаружил, что многие частицы одновременно достигают детекторов. ^[3] Это явление теперь называется воздушным ливнем.

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 могут распадаться на другие частицы.

Нейтральные пионы распадаются на фотоны в процессе . Произведенные фотоны образуют электромагнитный каскад, создавая больше фотонов, протонов, антипротонов, электронов и позитронов. ^[4]${\ Displaystyle \ пи ^ {0}}$${\ Displaystyle \ гамма}$${\ Displaystyle \ пи ^ {0} \ стрелка вправо \ гамма + \ гамма}$

Заряженные пионы преимущественно распадаются на мюоны и нейтрино в процессах и . Именно так рождаются мюоны и нейтрино в воздушном ливне. ^[4]${\ Displaystyle \ пи ^ {\ pm}}$${\ Displaystyle \ пи ^ {+} \ стрелка вправо \ му ^ {+} + \ ню}$${\ Displaystyle \ пи ^ {-} \ стрелка вправо \ му ^ {-} + \ ню}$

Воздушный ливень космических лучей, созданный протоном с энергией 1 ТэВ, попавшим в атмосферу на высоте 20 км над Землей. Ливень моделировался с помощью пакета AIRES . Анимированные 3d модели этого и других душей можно найти на COSMUS .

В камере Вильсона обнаружен воздушный ливень .

Образование воздушных ливней в атмосфере. Сначала протон сталкивается с частицей в воздухе, создавая пионы, протоны и нейтроны.