Воздушный душ (физика)
-
Воздушные ливни
- Образуются при попадании космических лучей в атмосферу
- Включают каскады субатомных частиц и ионизированных ядер
- Первичные частицы могут быть протонами, ядрами, электронами, фотонами или позитронами
-
История открытия
- Бруно Росси открыл явление в 1933 году
- Пьер Оже подтвердил открытие в 1937 году
- В 1939 году Оже и коллеги провели эксперименты на Юнгфрауйохе и Пик-дю-Миди
-
Эксперименты и исследования
- В 1950-х годах японские ученые рассчитали структуру электромагнитных частиц
- В 1962 году получен первый космический луч с энергией 10^20 эВ
- В 1977 году предложен метод наблюдения черенковского излучения
-
Формирование воздушного душа
- Первичный космический луч рассеивается в атмосфере, создавая ядро ливня
- Взаимодействие частиц приводит к образованию адронов, мюонов и электромагнитных частиц
- Нейтральные пионы распадаются на фотоны, заряженные пионы — на мюоны и нейтрино
-
Современные эксперименты
- HAWC, LHAASO, Telescope Array и обсерватория Пьера Оже
- Обсерватория Пьера Оже оснащена 4 зданиями с флуоресцентными детекторами и 1600 наземными станциями
-
Современные достижения
- В 1995 году обнаружен космический луч с энергией 3.2 × 10^20 эВ
- Частица «О боже мой» до сих пор не зарегистрирована
-
Электромагнитный каскад
- Развивается параллельно за счет тормозного излучения и образования пар
- Фотоны, электроны и позитроны рассматриваются как эквивалентные частицы
- Критическая энергия ϵcγ ≈ 87 МэВ, после чего частицы теряют энергию из-за рассеяния
-
Продольный профиль
- Количество частиц пропорционально калориметрическому запасу энергии
- Профиль характеризуется быстрым увеличением и медленным затуханием
- Математически описывается функцией Гаусса, Гайссера-Хилласа или Грейзена
-
Боковой профиль
- Плотность электромагнитных частиц аппроксимируется функцией NKG
- Для адронных ливней используется суперпозиция NKG-подобных функций
-
Обнаружение
- Частицы движутся в основном в том же направлении, что и первичная
- Вторичные частицы создают вспышку света и флуоресцентный свет
- Используются наземные детекторы, оптические телескопы и радиоантенны
-
Современные эксперименты
- TAIGA, LOFAR, обсерватория Пьера Оже используют радиоантенны и детекторы частиц
- AIRES, CORSIKA, COSMUS, анимация Milagro, анимация CASSIM, эксперимент SPASE2, ГАММА-эксперимент