Взаимодействие излучения с веществом
Программа по курсу
Взаимодействие излучения с веществом
Курс лекций предусматривает изучение адронного каскада, развивающегося в атмосфере Земли в результате взаимодействия нуклона первичных космических лучей с ядрами атомов воздуха. Конечные продукты каскадного процесса, мюоны и нейтрино,являются объектами исследования на больших подземных и глубоководных установках (проектируемых и действующих)- Super-Kamiokande, MACRO, LVD, Баксан, Байкальский нейтринный телескоп (НТ-200) и др. Особое внимание в курсе уделено методам и анализу решения кинетичеких уравнений при высоких энергиях E>>1 ГэВ.
Первичное космическое излучение.
Модели происхождения космических лучей. Энергетический спектр и химический состав первичного космического излучения. Задачи физики космических лучей. Взаимодействие космических лучей c веществом. Cильные и электромагнитные взаимодействия. Тормозное излучение заряженных частиц, процессы рождения электрон-позитронных пар, потери энергии на ионизацию и возбуждение атомов. Характеристики адрон-ядерных соударений при высоких энергиях: полные и неупругие сечения, инклюзивные спектры и эвентуальные параметры.
Ядерный каскад в атмосфере.
Модели развития ядерного каскада. Кинетические уравнения для нуклонов. Пробег до ядерного Взаимодействия и пробег до поглощения. Влияние роста с энергией неупругих сечений нуклон-ядерных взаимодействий на энергетические спектры нуклонов в атмосфере. Распадный пробег нестабильной частицы. Модель атмосферы. Критические энергии. Потоки пионов и каонов. Вклады процессов рождения нуклонов меэонами, регенерации и перезарядки. Широкие атмосферные ливни.
Атмосферные мюоны и нейтрино
Источники мюонов и нейтрино. Вклад Kl3 распадов, роль формфакторов. Кинетические уравнения для мюонов и нейтрино в атмосфере. Приближение непрерывных энергетических потерь для мюона. Спектры и угловые распределения мюонов и нейтрино на уровне моря. Модели рождения чарма в адронных взаимодействиях и "прямые" атмосферные лептоны. Влияние механизмов генерации мюонов на их угловые распределения. Факторы, влияющие на энергетические спектры лептонов на уровне моря. Оценки потоков нейтрино и их флейворного отношения при энергиях E > 100 ГэВ.
Распространение мюонов в плотной среде.
Методы решения уравнения для прохождения мюонов через толстые слои вещества. Сечения электромагнитных и фотоядерного взаимодействий мюонов высоких энергий. Приближение непрерывных энергетических потерь. Кривая поглощения мюонов в воде и грунте, флуктуации пробега.
Глубоководное и подземное детектирование мюонов и нейтрино.
Проекты AMANDA, ANTARES, NESTOR, Байкальский нейтринный телескоп. Большие подземные детекторы: Баксан, Super-Kamiokande, MACRO, LVD, Frejus и др.
Литература:
- Хаякава С. Физика космических лучей. М., 1974. Ч. 1,2.
- Мурзин В. С. Введение в физику космических лучей. М.: Изд-во МГУ, 1988.
- Бугаев Э. В., Котов Ю. Д., Розенталь И. Л. Космические мюоны и нейтрино. М., 1970.
- Березинский В. С. и др. Астрофизика космических лучей. М., 1990.
- Лонгейр М. Астрофизика высоких энергий. М., 1984.
- M. Ambrosio et al. Vertical muon intensity measured with MACRO at the Gran Sasso laboratory. Phys. Rev. D 52 (1995) 3793.
- I.A. Belolaptikov et al. (BAIKAL Collaboration). The Baikal underwater neutrino telescope: Design, performance and first results. Astropart. Phys. 7 (1997) 263-282.
- E. V. Bugaev, V. A. Naumov, S. I. Sinegovsky and E. S. Zaslavskaya. Prompt leptons in cosmic rays. Nuovo Cimento, 1989, 12C, No.1, p. 41.
- V. A. Naumov, S. I. Sinegovsky, and E. V. Bugaev. A new method for calculating energy spectrum of cosmic-ray muons under thick layers of matter. Ядерная физика. 1994, Т.57, No.3. с. 439.
- E. V. Bugaev, A. Misaki,V. A. Naumov, T.S. Sinegovskaya, S. I. Sinegovsky, and N.Takahashi.
Atmospheric muon flux at sea level, underground and underwater. Phys. Rev. D 58, No. 5, (1998) 054001 (27 p.). - V.A. Naumov, T.S. Sinegovskaya, S.I. Sinegovsky. The Kl3 form factors and atmospheric neutrino flavor ratio at high energies. Nuovo Cimento, 111A (1998) 129-148; http://xxx.lanl.gov/hep-ph/9802410, 16p.
- Материалы Байкальской школы по фундаментальной физике "Астрофизика и физика микромира" (11-17 октября 1998, Иркутск ), под ред. В.А. Наумова и др. Иркутск, изд-во ИГУ, 1998, 275 с.