|
== Взаємодія космічних променів з земною атмосферою ==
Властивість [[атмосфераАтмосфера земліЗемлі|атмосфери]] поглинати космічні промені була виявлена ще в перших експериментах В. Гесса. Попадаючи в атмосферу Землі, космічні промені (в основному [[протон|протони]] і ядра більш тяжких елементів ніж [[водень]]) відчувають зіткнення з її атомами і молекулами. В результаті відбувається розщеплення ядер і утворення багаточисленних вторинних частинок. Середня відстань, яку встигає пройти [[протон]] в атмосфері, відповідає приблизно 1/13 частині її товщини. Це означає, що він може неодноразово вступати в процеси взаємодії з ядрами повітря, перш ніж остаточно загинути. Звідси випливає, що на менших висотах поблизу Землі, або інакше кажучи на "великих глибинах" в атмосфері існує лиш вторинна компонента космічних променів. Склад вторинної компоненти обумовлений фізичними процесами взаємодії первинної частинки з ядрами атмосфери. Цей процес називається каскадним. В початковому акті взаємодії основну роль грають елементарні частинки - народжуються піони або π-мезони, серед яких є нейтральні π0 і заряджені π±. Взаємодіючи з ядрами повітря, заряджені π± мезони генерують нові зливи до тих пір, поки їх енергія не знизиться до 10<sup>9</sup> еВ. В першому акті взаємодії зазвичай народжується більш ніж 50 нових частинок. В результаті розпаду π± мезонів утворюються мюони і нейтрино. В складі вторинного випромінювання присутні нейтрони. Ця частина каскаду нозить назву адронної зливи. Нейтральні мезони (π0) - їх приблизно одна третя - розпадаються на гамма-кванти, які в кулонівському полі ядер народжують електрони і позитрони. Тормозне випромінювання електрон-позитронної пари призводить до появи низькоенергетичних гамма-квантів - [[фотон|фотонів]]. Ця злива називається електромагнітною. Адронна злива сама виробляє нейтральні піони, тим самим забезпечуючи додатковий вклад в електромагнітний каскад. На рівні моря залишається не більш ніж 1% від їх початкового потоку первинних частинок. Поряд з зарядженими частинками в атмосферу можуть потрапляти космічні гамма-кванти високих енергій. В цьому випадку злива частинок буде чисто електромагнітною. Вторинні заряджені частинки - електрони і позитрони, народженні в каскадному процесі, можуть створювати [[Ефект Вавилова-Черенкова|черенковське]] і [[Флюоресценція|флюоресцентне]] світіння атмосфери. Процес утворення нових частинок носить лавиноподібний характер до тих пір, поки конкурентні потоки енергії не стануть домінувати. На деякій висоті над Землею формується максимум числа частинок зливи. Число частинок в зливі величезне: в максимумі воно пропорційне енергії первинної частинки і може досягати ~10<sup>9</sup> частинок.
Потік галактичних космічних променів, які бомбардують Землю, приблизно [[ізотропія|ізотропний]] і постійний в часі, складає ~1 частинка/см<sup>2</sup>с (до входження в [[Атмосфера землі|земну атмосферу]]). Густина енергії галактичних космічних променів ~1 еВ/см<sup>3</sup>, що порівняно з сумарною енергією електромагнітного випромінювання зірок, теплового руху міжзоряного газу і галактичного магнітного поля. Таким чином, галактичні промені - важливий компонент [[Чумацький Шлях|Галактики]].
В результаті взаємодії з ядрами атмосфери, первинні космічні промені (в основному [[протон|протони]]) створюють велику кількість вторинних частинок - [[піон|піонів]], [[протон|протонів]], [[нейтрон|нейтронів]], [[мюон|мюонів]], [[електрон|електронів]], [[позитрон|позитронів]] і [[фотон|фотонів]]. Таким чином, замість однієї первинної частинки виникає велика кількість вторинних частинок, які діляться на [[адрон|адронну]], [[мюон|мюонну]] і електронно-фотонну компоненти. Такий каскад покриває велику територію і називається широкою атмосферною зливою. В одному акті взаємодії, [[протон]] зазвичай втрачає ~50% своєї енергії, а в результаті взаємодії виникають в основному [[піон|піони]]. Кожна наступна взаємодія первинної частинки добавляє в каскад нові [[адрон|адрони]], які летять переважно в напрямку первинної частинки, утворюючи адронний кор зливи. Утворенні піони можуть взаємодіяти з ядрами атмосфери, а можуть розпадатись, формуючи мюонну і електронно-фотонну компоненту зливи. Адронна компонента до поверхні Землі практично не доходить, перетворюючись в мюони, нейтрино і гамма-кванти в результаті розпадів.
|
