2.1 Космическое излучение.

Различают первичное и вторичное космическое излучение. Излучение, приходящее непосредственно из космоса, называют первичным космическим излучением. Исследование его состава показало, что первичное излучение представляет собой поток элементарных частиц высокой энергии, причем более 90% из них составляют протоны с энергией примерно 10⁹-10¹³ эВ, около 7% - α-частицы и лишь небольшая доля приходится на ядра более тяжелых элементов. По современным представлениям, основанных на данных астрофизики и радиоастрономии, считается, что первичное космическое излучение имеет в основном галактическое происхождение. При h≥50 км (рис 2.1.1) интенсивность космического излучения постоянна; на этих высотах наблюдается лишь первичное излучение.

рис 2.1.1

С приближением к Земле интенсивность космического излучения возрастает, что свидетельствует о появлении вторичного космического излучения, которое образуется в результате взаимодействия первичного космического излучения с ядрами атомов земной атмосферы. Во вторичном космическом излучении встречаются почти все известные элементарные частицы.

В составе вторичного космического излучения можно выделить два компонента: мягкий и жесткий. Происхождение мягкого компонента объясняется следующим образом. В космическом пространстве всегда имеются γ-кванты с энергией Е>2m_ec², которые в поле атомных ядер превращаются в электронно-позитронные пары. Образовавшиеся таким образом электроны и позитроны, тормозясь, в свою очередь создают γ-кванты, энергия которых еще достаточна для образования новых электронно – позитронных пар и т. д. до тех пор, пока энергия γ-квантов не будет меньше 2m_ec² (рис 2.1.1). Описанный процесс называется электронно – позитронно - фотонным (или каскадным) ливнем.

рис 2.1.1

2.2 Мюоны и их свойства.

Японский физик Х. Юкава, изучая природу ядерных сил выдвинул гипотезу о существовании частиц с массой в 200-300 раз превышающей массу электрона. Эти частицы должны, согласно Юкаве, выполнять роль носителей ядерного взаимодействия, подобно тому, как фотоны являются носителями электромагнитного взаимодействия.

Андерсон и Неддермейер, изучая поглощение жесткого компонента вторичного космического излучения в свинцовых фильтрах с помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле, действительно обнаружили частицы массой, близкой к ожидаемой. Они были названы впоследствии мюонами. Доказано, что жесткий компонент вторичного космического излучения в основном состоит из мюонов, которые образуются в результате распада более тяжелых заряженных частиц. Так как масса мюонов большая, то радиационные потери для них пренебрежительно малы, а поэтому жесткий компонент вторичного излучения обладает большой проникающей способностью.

Существуют положительный (μ⁺) и отрицательный (μ^-) мюоны; заряд мюонов равен элементарному заряду электрона. Масса мюонов равна 206,8m_е, время жизни равно 2,2∙10^-6 с. Мюоны претерпевают самопроизвольный распад, являясь нестабильными частицами. Распад мюонов происходит по следующим схемам:

(2.2.1)

(2.2.2)

Из схем распада следует, что спины мюонов, как и электрона, должны быть равны ½, так как спины нейтрино (1/2) и антинейтрино (-1/2) Взаимно компенсируются.