Введение к работе
Диссертация посвящена методике получения спектров частиц первичного космического излучения в Российско-Японском баллонном эксперименте RUNJOB, работающем в диапазоне энергий 1012 -1015 эВ. Поскольку статистика, имеющаяся к настоящему времени в эксперименте, еще мала, то речь идет, в основном, только о спектрах протонов и ядер гелия.
Актуальность темы. Актуальность изучения спектров первичного космического излучения в диапазоне энергий 1013 — 1015 эВ вызвана тем, что они дают ключ к пониманию таких астрофизических проблем, как происхождение, ускорение и распространение космических лучей, которые, в свою очередь, помогают пониманию динамики галактики в целом. В районе ~ 1015 эВ в экспериментах с широкими атмосферными ливнями был обнаружен излом суммарного спектра космических лучей, точная покомпонентная форма и природа которого еще неясны (несмотря на множество имеющихся гипотез). Для сравнительно низких энергий (до 10й эВ/нуклон) спектры различных составляющих космических лучей изучены достаточно хорошо с помощью магнитных спектрометров и черенковских детекторов. При более высоких энергиях используются ионизационные калориметры ("Протон", "Сокол") и рептгеноэмульсионные камеры (JACEE, MUBEE и др.). Однако, имеющиеся к настоящему времени данные для энергий выше 1013 эВ еще очень не полны и местами противоречивы, что объясняется в основном недостаточной статистической обеспеченностью. (В частности, это касается спектра протонов, в котором по результатам разных экспериментов наблюдается укручение при разных энергиях или вообще отсутствие укручения по всему измеряемому диапазону.)
Наиболее серьезная проблема здесь связана с использованием калориметрической методики определения энергии, которая по ме-
ре продвижения в область высоких энергий требует все большего веса аппаратуры, что представляет собой сложность для спутниковых и баллонных экспериментов. Дополнительной проблемой, присущей эмульсионным экспериментам (при всех их достоинствах, таких как определение координат треков с микронной точностью, регистрация всего диапазона зарядов и в широком диапазоне энергий, а также простота в сборке и транспортации и большая устойчивость к температурным условиям полетов, падениям и т.п. по сравнению со сложной электроникой) является большая трудоемкость процедуры обработки полученных данных, особенно в случае камер большого размера.
Таким образом, очень важна разработка новых методов определения энергии, а также развитие и автоматизация методики обработки данных эмульсионных камер большого размера.
Целью настоящей работы является:
1. Создание прецизионной автоматизированной методики обработки
данных эмульсионной камеры большого размера, а именно:
поиска вершины взаимодействия первичной частицы;
поиска трека первичной частицы.
-
Развитие методики определения энергии первичной частицы по углам вылета самых быстрых вторичных частиц.
-
Применение данной методики (пп.1,2) к обработке реального материала Российско-Японского баллонного эксперимента RUN JOB.
Научная новизна и практическая ценность. В работе описывается создание прецизионной автоматизированной методики обработки данных эмульсионной камеры. Математическое развитие использованных здесь идей и их реализация в соединении с современной компьютерной техникой во многом осуществлены впервые. Эта методика существенно облегчает весьма трудоемкую процедуру обработки данных эмульсионной камеры большого размера.
Излагаются и исследуются методы определения энергии первичной частицы по углам вылета самых быстрых вторичных частиц после взаимодействия, впервые предложенные в эксперименте RUNJOB.
Данные методы обладают достаточно хорошей точностью и не нуждаются в тяжелом калориметре, что позволяет существенно уменьшить вес аппаратуры, освобождая при этом ог необходимости его увеличения по мере продвижения в область более высоких энергий.
Следует отметить, выходя за рамки эмульсионной методики, что эти методы определения энергии могут быть применимы также в случае электронных детекторов, проводящих позициошю-координатные измерения.
Вклад автора. Работа автора в эксперименте RUNJOB началась со времени первых полетов — 1995 года. В течение 3-х месяцев автор принимал участие в прослеживании ливней и опорных треков в камере 95-го года в г.Хиросаки (Япония), а затем, уже в Москве, в процессе поиска взаимодействий. Совместно с Публиченко П.А. автором была разработана и оттестирована методика автоматизированного прослеживания ливней в эмульсии с помощью системы опорных треков тяжелых ядер, проходящих через все слои камеры без взаимодействия. По этой системе осуществлялась обработка событий в камере RUNJOB-96. Лично автором была создана и применена к событиям 95-го и 96-го годов триангуляционная методика автоматизированного предсказания высоты вершины взаимодействия в камере. Для поиска первичных частиц автором лично была разработана методика прослеживания с использованием локальных опорных треков тяжелых ядер. Идеи определения энергии протонов и ядер по углам вылета самых быстрых вторичных частиц, предложенные в эксперименте RUNJOB Т.Шибатой, были развиты автором. Данная методика была оттестиро-банке искусственных событий с изучением точностей и функций искажения спектров.
Полный список печатных работ с участием автора содержит 12 наименований.
Апробация работы. Основные материалы диссертации представлялись на 25-й (1997г.) Международной конференции по космическим лучам (ICRC), Московской конференции по космическим лучам (1996
г.) и Международном Симпозиуме в Лодзи (1996г.) и докладывались на семинарах НИИЯФ МГУ, ФИРАН им. П.Н.Лебедева, ИЯИ РАН.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, содержит 130 страниц, включает в себя 40 рисунков, 5 таблиц и список цитируемой литературы из 67 наименований.
