Это
особенно важно в связи с новейшими открытиями: ненаблю
даемой «темной материей» и «темной энергией» во Вселенной,
массы нейтрино, проблемой ожидаемой верхней границы энер
гетического спектра космического излучения, «гаммабарсте
ров» и др. <...> Изучение пере
численных вопросов уже способствовало развитию новых
технологий (исследования на космических аппаратах, созда
ние аппаратуры для глубоководных и подземных исследова
ний, хлоруглеродные и галлиевые детекторы для исследова
ния нейтрино) и, в перспективе, нейтринных технологий. <...> Уделено особое внимание новым экспе
риментальным установкам для исследования космических лу
чей сверхвысоких энергий. <...> Предыдущее издание «Введение в физику космических лу
чей» уже зарекомендовало себя как достаточно полное. <...> Важное значение этих направлений признано во всем мире,
результатом чего явилось недавнее (2002) присуждение Нобелев
ской премии за работы в области физики космических нейтрино. <...> Автор пред
полагал, что студенты усвоили материал курсов: «Физика силь
ных и электрослабых взаимодействий», «Взаимодействие час
тиц с веществом», вводный курс по физике космических
лучей, а также «Физика плазмы космического пространства»,
«Экспериментальные методы космофизики», «Физика высо
ких энергий и элементарные частицы». <...> В третьем издании
полностью переработаны разделы, касающиеся физики высо
ких энергий и элементарных частиц. <...> Тем не менее сокращать изложение вопросов физики
высоких энергий в курсе «Космические лучи» кажется преж
девременным. <...> Остается много нерешенных вопросов в области
предельно высоких энергий (107 ГэВ), интенсивно исследуют
ся широкие атмосферные ливни, свойства которых в значи
тельной степени определяются ядернокаскадным процессом,
продолжается эксперимент «Памир» и аналогичные экспери
менты за рубежом, создается комплексная установка АНИ на
Арагаце для исследования взаимодействий адронов при энер
гии выше 107 ГэВ. <...> Поэтому <...>
Астрофизика_космических_лучей__Учебное_пособие_.pdf
Содержание
Предисловие к четвертому изданию . . . . . . . . . . . . . . . 5
Из предисловия к третьему изданию . . . . . . . . . . . . . . 8
Из предисловия ко второму изданию . . . . . . . . . . . . . . 10
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
§ В.1. Наука о космических лучах как самостоятельная
отрасль физики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
§ В.2. Что измеряют в опытах с космическими лучами 14
§ В.3. Теорема Лиувилля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
ЧАСТЬ I.
Космические лучи и методы их изучения
ГЛАВА 1. Движение частиц в магнитном поле . . . . . 20
§ 1.1. Магнитная жесткость и определение импульса
заряженных частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
§ 1.2. Движение частиц в магнитном поле Земли . . . . 21
§ 1.3. Некоторые практические применения теории 33
§ 1.4. Магнитные измерения в наземных
экспериментах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Стр.478
Содержание 483
ГЛАВА 2. Кинематические методы измерения
энергии столкновения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
§ 2.1. Кинематика столкновения релятивистских
частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
§ 2.2. Экспериментальное определение характеристик
столкновений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
§ 2.3. Особенности измерений в космических
экспериментах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
§ 2.4. Описание взаимодействий . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
ГЛАВА 3. Калориметрические методы измерения
энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
§ 3.1. Первые измерения в атмосфере Земли . . . . . . . . 55
§ 3.2. Процессы диссипации энергии в калориметре 60
§ 3.3. Вычисление энергии, выделившейся
в калориметре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
§ 3.4. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
ГЛАВА 4. Методы исследования космического
излучения сверхвысокой энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
§ 4.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
§ 4.2. Что такое ШАЛ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
§ 4.3. Измеряемые параметры ливня . . . . . . . . . . . . . . 74
§ 4.4. Пространственное распределение частиц
в ливнях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
§ 4.5. Энергетические свойства ШАЛ . . . . . . . . . . . . . . 85
§ 4.6. Черенковское излучение ШАЛ . . . . . . . . . . . . . . 86
§ 4.7. Ионизационное свечение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
§ 4.8. Радиоизлучение ШАЛ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
§ 4.9. Крупнейшие комплексные установки
для изучения космического излучения
при высоких энергиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
§ 4.10. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
ГЛАВА 5. Подземные, глубоководные и космические
лаборатории . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
§ 5.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
§ 5.2. Примеры подземных лабораторий . . . . . . . . . . . 117
Стр.479
484 Содержание
§ 5.3. Высокогорные станции и эксперименты,
проводимые на высоте гор . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
§ 5.4. Глубоководные исследования . . . . . . . . . . . . . . . 124
§ 5.5. Баллонные эксперименты . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
§ 5.6. Использование спутников и межпланетных
станций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
ЧАСТЬ II.
Глубины Космоса
ГЛАВА 6. Вселенная . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
§ 6.1. Что такое Вселенная. Определение
(Общеобразовательное введение) . . . . . . . . . . . . 132
§ 6.2. Наша Галактика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
§ 6.3. Плотность вещества в Метагалактике . . . . . . . . 139
§ 6.4. Из чего состоит Метагалактика? . . . . . . . . . . . . 141
§ 6.5. Звезды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
§ 6.6. Как умирают звезды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
§ 6.7. Расширение Метагалактики . . . . . . . . . . . . . . . . 158
ГЛАВА 7. Электромагнитные излучения . . . . . . . . . . 161
§ 7.1. Разнообразие электромагнитных излучений . . . 161
§ 7.2. Метагалактика в γлучах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
§7.3. Космические γвсплески . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
§ 7.4. Метагалактика в рентгеновских лучах . . . . . . . 175
§ 7.5. Космическая фоновая радиация . . . . . . . . . . . . . 179
ГЛАВА 8. Метагалактика в «нейтринном свете» . . . 183
§ 8.1. Поиск стационарных источников . . . . . . . . . . . . 183
§ 8.2. Несколько слов о свойствах нейтрино . . . . . . . . 184
§ 8.3. Методы регистрации нейтрино . . . . . . . . . . . . . . 186
§ 8.4. Нестационарные потоки нейтрино . . . . . . . . . . . 188
§ 8.5. Регистрация антигалактик . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
ГЛАВА 9. Темная материя и темная энергия . . . . . . . 192
§ 9.1. Скрытая масса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
§ 9.2. Свидетельства существования темной материи 192
§ 9.3. Состав темной материи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Стр.480
Содержание 485
§ 9.4. Экзотические объяснения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
§ 9.5. Экспериментальный поиск темной материи . . . 205
§ 9.6. Темная энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
ГЛАВА 10. Попытки теоретического описания строения
Метагалактики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
§ 10.1. Стандартная модель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
§ 10.2. Неприятности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
§ 10.3. Три проблемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
§ 10.4. Откуда все взялось? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
ЧАСТЬ III.
Космическое излучение
ГЛАВА 11. Посланцы Космоса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
§ 11.1. Геомагнитные исследования первичного
космического излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
§ 11.2. Общий взгляд на спектр . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
§ 11.3. Ядерный состав космического излучения . . . . 249
§ 11.4. Электроны в первичном космическом
излучении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
ГЛАВА 12. Происхождение космических лучей . . . . 273
§ 12.1. Основные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
§ 12.2. Возможные источники космических лучей . . . 276
§ 12.3. Природа степенного спектра космических
частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
§ 12.4. Прохождение космического излучения
через межзвездное пространство . . . . . . . . . . . 286
§ 12.5. Источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
§ 12.6. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
ГЛАВА 13. История космических лучей . . . . . . . . . . . 300
§ 13.1. Постановка проблемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
§ 13.2. Методы исследования космической радиации
в отдаленные эпохи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
§ 13.3. Метод ископаемых треков . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
§ 13.4. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
Стр.481
486 Содержание
ГЛАВА 14. Космические лучи в гелиосфере . . . . . . . 315
§ 14.1. Гелиосфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
§ 14.2. Вариации интенсивности космических лучей 326
§ 14.3. Основные типы вариаций . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
§ 14.4. Непериодические вариации . . . . . . . . . . . . . . . 336
§ 14.5. Причины возникновения вариаций
космических лучей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
§ 14.6. Взаимодействие космических частиц
с магнитными неоднородностями и солнечным
ветром [8] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
§ 14.7. Анизотропия космического излучения . . . . . . 344
§ 14.8. Коэффициент модуляции . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
§ 14.9. Механизм форбушпонижений . . . . . . . . . . . . . 351
§ 14.10. Механизм 11летних вариаций . . . . . . . . . . . . 351
§ 14.11. Аномальная компонента в гелиосфере . . . . . . 352
§ 14.12. Солнечные космические лучи . . . . . . . . . . . . . 357
§ 14.13. Ускорение солнечных космических частиц . . 361
ГЛАВА 15. Захваченное космическое излучение . . . 364
§ 15.1. Радиационные пояса Земли [1, 2, 5] . . . . . . . . . 364
§ 15.2. Приборы для изучения радиационных
поясов [8] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
§ 15.3. Экспериментальное исследование
радиационных поясов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
§ 15.4. Вариации радиационных поясов Земли
и источники частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
§ 15.5. Происхождение электронов в радиационных
поясах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
§ 15.6. Радиационные пояса Юпитера . . . . . . . . . . . . . 398
ГЛАВА 16. Прохождение космического излучения
через атмосферу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
§ 16.1. Свойства атмосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
§ 16.2. Качественная картина прохождения
космических лучей через атмосферу . . . . . . . . 402
§ 16.3. Исследование адронов в глубине атмосферы . . 405
§ 16.4. Ядернокаскадный процесс в атмосфере . . . . . 410
§ 16.5. Пионы в атмосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
§ 16.6. Мюоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
Стр.482
Содержание 487
§ 16.7. Результаты экспериментов по изучению
мюонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
§ 16.8. Электроннофотонная компонента . . . . . . . . . . 425
§ 16.9. Нейтрино . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
§ 16.10. Атмосферные нейтрино . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
§ 16.11. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
ГЛАВА 17. Прикладное значение космических
лучей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
§ 17.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
§ 17.2. Дистанционные методы измерения
влагозапасов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
§ 17.3. Полеты высотной авиации . . . . . . . . . . . . . . . . 454
§ 17.4. Земная томография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
§ 17.5. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
Стр.483
Астрофизика_космических_лучей__Учебное_пособие__(2).pdf