Лабораторная работа Изучение углового распределения интенсивности космического излучения

Краткая теория

Вторичное космическое излучение на уровне моря обусловлено слабопоглощаемой жесткой компонентой, в состав которой входят -мезоны. Мезоны, идущие под углом  к вертикали, проходят в атмосфере путь, в 1/cos раз больший, чем мезоны, идущие по вертикали, поэтому вероятность их распада больше и больше слой проходимого воздуха. А значит, растет их поглощение и, следовательно, уменьшается их интенсивность с увеличением угла . В работе предлагается проверить справедливость формулы зависимости интенсивности падающих космических лучей от угла наблюдения :

I = I₀ cos²,

где I₀ - интенсивность вертикально падающих лучей ( = 0),  - зенитный угол, отсчитываемый от вертикали. Интенсивность космических лучей будем определять как количество зарегистрированных телескопом частиц в единицу времени.

ΔI() = ,

и общую погрешность с учетом поправки:

ΔI() = ΔI() + ΔI(=90^о).

Контрольные вопросы

1. Что такое первичное и вторичное космическое излучение?

2. Что входит в состав вторичного космического излучения?

3. Каковы компоненты первичного космического излучения?

4. Почему интенсивность прошедших через свинцовый слой лучей мало отличается от интенсивности жесткой компоненты космического излучения?

Лабораторная работа Измерение времени жизни мюона Краткая теория

Основная часть Мю-мезонов (мюонов) рождается в верхних слоях атмосферы и имеет энергию от 1 до 10 ГэВ. Мюоны, входящие в состав жесткой компоненты, возникают в результате распада π-мезонов – продуктов ядерного взаимодействия первичных космических лучей с ядрами атмосферы π^± → µ^±+ ν.Следовательно, мюоны проходят почти весь слой атмосферы. При этом они частично поглощаются, частично распадаются. Мюоны, идущие под углом θ к вертикали и попадающие на уровень моря, проходят в атмосфере путь в 1/cos θ раз больший, чем мюоны, идущие по вертикали. Поэтому вероятность распада для мюонов, идущих под углом, больше. При увеличении угла будет также увеличиваться слой воздуха, который должны пройти мюоны. Это приводит к увеличению поглощения за счет ионизационных потерь. Таким образом, оба фактора должны привести к уменьшению интенсивности мюонов с увеличением зенитного угла. Экспериментально установлено, что число мюонов, дошедших до детектора на уровне моря, уменьшается за свет поглощения в веществе по закону:

. (1)

С увеличением длины пути, пройденного мюоном, увеличивается вероятность его распада. Вероятность прохождения пути l без распада равна:

, (2)

где L = vτ - длина пробега, v = βc - скорость мюона, τ - время жизни движущегося мюона. Из релятивистской механики известно, что

, (3)

где τ₀ - время жизни покоящегося мюона. Тогда имеем:

, (4)

где - полная энергия мюона, которую можно принять равной 2*10⁹ эВ, - масса мюона, которая в энергетических единицах равна 105, 8 МэВ/с².

Отношение числа мюонов, идущих под зенитным углом, к числу вертикально падающих мюонов можно записать в виде:

, (5)

Для численных оценок можно считать, что по вертикали мюоны проходят путь = 15 км и.

Таким образом, воспользовавшись формулами (1-5) и экспериментальными значениями отношения можно измерить время жизни мюонаτ₀.