Физика космических лучей / CRb_Part1

Нейтрино “обычных” энергии от вспышек сверхновых (SN1987A)

Нейтрино уносят до 99% энергии сверхновой. В настоящее время существует сеть нейтринных обсерваторий, предназначенных для раннего обнаружения таких вспышек

31

Солнечные нейтрино

Нейтрино постоянно образуются в недрах Солнца в результате реакций pp- и CNO-циклов и уносят порядка 2% всей выделяющейся энергии. На основе изображений Солнца в нейтрино астрономы знают, что ядерные реакции происходят только в ядре звезды, которое составляет его внутренние 20-25%.

32

Астрофизические нейтрино сверхвысоких ( - эВ)

энергий

Гигантские нейтринные обсерватории, такие как IceCube, Baikal-GVD и KM3NeT, регистрируют Черенковское излучение. Его испускают вторичные лептоны, образующиеся в веществе детектора (вода или лёд) при прохождении через него нейтрино сверхвысоких энергий, прилетевших с обратной стороны Земли

33

Поиск нейтрино ультравысоких (> эВ) энергий

В экспериментах RICE, ANITA, ARIANNA, ARA и RNO-G поиск нейтрино ультравысоких энергий ведется путем регистрации излучения Аскаряна – Черенковского излучения в радиодиапазоне, когерентно испускаемого ливнем частиц, образующихся в результате взаимодействия нейтрино с веществом (ледниками Антарктиды или Гренландии). В будущем возможны эксперименты по регистрации Аскаряновского излучения, исходящего от поверхности Луны или льдов Энцелада и Европы, толщина которых в десятки раз больше Антарктических.

34

Реликтовый нейтринный фон

В теории, Вселенная должна быть заполнена реликтовыми нейтрино, отделившимися от вещества в момент, когда возраст Вселенной был порядка 0.2 с. Однако в настоящее время энергия этих частиц должна быть порядка 10−5 эВ. Так как нейтрино в целом очень трудно фиксировать, а частицы столь низких энергий регистрировать еще сложнее, существование реликтового нейтринного фона до сих пор является лишь предположением. В настоящее время существуют идеи экспериментов, в которых эти частицы могли бы проявить себя путем дополнительного ускорения распада и изменения спектра бета-активных радиоизотопов.

???? год –Нобелевская премия за обнаружение реликтовых нейтрино

35

Космические лучи во Вселенной

Классификация по источнику

В потоке заряженных космических лучей, измеряемом на орбите Земли, можно выделить следующие компоненты со своими химическими и энергетическими свойствами:

oВнегалактические космические лучи (ВГКЛ).

•Первичные, ускоренные в крупных активных объектах, например, в квазарах.

•Вторичные, образованные в реакциях ВГКЛ с межгалактической средой и фоновым ЭМИ.

•Аномальные, образованные «обдиркой» в Галактике и ускорением на галактической головной ударной волне.

oГалактические космические лучи.

•Первичные, ускоренные в активных объектах, например, в сверхновых или микроквазарах.

•Вторичные, образованные в реакциях ГКЛ с межзвёздной средой.

•Аномальные, образованные «обдиркой» в гелиосфере и ускорением на гелиосферной головной ударной волне.

oСолнечные космические лучи.

oКосмические лучи в магнитном поле Земли (альбедо и захваченная компонента).

36

Характеристики КЛ: интенсивность

Интенсивность по заданному направлению θ определяется как число частиц с энергией в интервале от E до E+dE, пересекающих площадку единичного размера, ориентированную перпендикулярно направлению θ в единицу времени и в единице телесного угла:

= ( Ω ) [см2∙с∙ср∙эВ]−1 ,

где , и Ω – элементы площади, времени и телесного угла соответственно.

37

Характеристики КЛ: поток

В случае изотропии излучения в верхней полусфере, если 0 - интенсивность в вертикальном направлении

= 0( )

38

Характеристики КЛ: концентрация и плотность энергии

При изучении космических лучей в Галактике, где интенсивность космических частиц постоянна в обширных областях, удобно ввести понятие концентрация частиц

= ( )/

Здесь – скорость частиц.

Как правило в космических лучах рассматривают кинетические энергии частиц = −2. Плотность этой энергии может быть вычислена по формуле

∞

= 4 /

Плотность энергии космических лучей в межзвёздном пространстве ~ 1 эВ/см3, что сопоставимо с плотностью энергии межзвёздного магнитного поля и с плотностью кинетической энергии межзвёздного газа.

39

Характеристики КЛ: анизотропия

Отличие потока частиц в разных направлениях по всей небесной сфере характеризуется коэффициентом

анизотропии

= 2(макс−мин)/(макс+ мин)

Ожидаемая анизотропия часто бывает связана с направлениями на определенные галактические объекты, например при поиске дискретных источников космического излучения.

40