Кафедра теоретической физики

Программа по курсу

Взимодействие 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:

1. Хаякава С. Физика космических лучей. М., 1974. Ч. 1,2.
2. Мурзин В. С. Введение в физику космических лучей. М.: Изд-во МГУ, 1988.
3. Бугаев Э. В., Котов Ю. Д., Розенталь И. Л. Космические мюоны и нейтрино. М., 1970.
4. Березинский В. С. и др. Астрофизика космических лучей. М., 1990.
5. Лонгейр М. Астрофизика высоких энергий. М., 1984.
6. M. Ambrosio et al. Vertical muon intensity measured with MACRO at the Gran Sasso laboratory. Phys. Rev. D 52 (1995) 3793.
7. I.A. Belolaptikov et al. (BAIKAL Collaboration). The Baikal underwater neutrino telescope: Design, performance and first results. Astropart. Phys. 7 (1997) 263-282.
8. 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.
9. 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.
10. 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.).
    
11. 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.
12. 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.