Введение
1 Ядерная компонента первичных космических лучей в прямых измерениях (обзор) 17
1.1 Диффузионная модель распространения ГКЛ 18
1.2 Представление о «стандартной модели» происхождения космических лучей 23
1.3 Прямые методы исследования космических лучей и методы ШАЛ 24
1.4 Спектры протонов и ядер гелия в прямых измерениях первичных космических лучей 26
1.4.1 Магнитные спектрометры 27
1.4.2 Калориметры 34
1.4.3 Эмульсионные эксперименты 45
1.4.4 Резюме 52
1.5 Спектры ядер (Z > 3) в прямых измерениях первичных космических лучей 52
1.5.1 Эксперименты до НЕАО-3 54
1.5.2 Космическая обсерватория НЕАО-3 62
1.5.3 Спектрометры CRN, Сокол, RICH 67
1.5.4 Тяжелые ядра в экспериментах с эмульсионными камерами 70
1.5.5 Резюме 72
1.6 Спектр всех частиц 74
1.6.1 Спектр всех частиц в прямых измерениях и в измерениях ШАЛ . 74
1.6.2 Эксперимент ТИК 75
1.6.3 Резюме 77
1.7 Выводы по обзору литературы 77
2 Эксперимент ATIC 97
2.1 Эволюция концепции спектрометра на ранних стадиях проекта (1994-1999 гг.) 97
2.2 Конструкция спектрометра 99
2.2.1 Кремниевая матрица 100
2.2.2 BGO калориметр 101
2.2.3 Сцинтилляционные годоскопы и графитовая мишень 102
2.2.4 Электроника и система сбора данных 102
2.3 Испытание спектрометра на пучке в CERN 104
2.4 Научные события и реконструкция траектории первичной частицы . 106
2.5 Полеты спектрометра ATIC 109
3 Измерение зарядов первичных частиц с помощью кремниевой матрицы 121
3.1 Гелиевая калибровка кремниевой матрицы 122
3.2 Временная стабильность счетного тракта кремниевой матрицы 123
3.3 Коррекция нелинейности счетного тракта для больших зарядов 124
3.4 Зарядовое разрешение: результаты 126
3.5 Проблема альбедо в измерении заряда первичной частицы 127
3.5.1 Альбедо: эксперимент 128
3.5.2 Альбедо: симуляция 128
3.5.3 Влияние обратных токов на измерение заряда первичной частицы . 130
3.6 Выводы 131
4 Измерение энерговыделения сцинтилляционным BGO-калориметром в эксперименте ATIC 138
4.1 Амплитудная калибровка BGO калориметра 138
4.2 Коррекция температурной чувствительности BGO калориметра 141
4.2.1 Определение термочувствительности калориметра по сдвигу мюон-ных пиков в предполетный период 143
4.2.2 Определение термочувствительности по различию положений предполетного мюонного пика и полетного протонного пика для событий без ядерного взаимодействия 144
4.2.3 Определение термочувствительности калориметра по суточным колебаниям положений протонного и гелиевого пиков для событий без ядерного взаимодействия 145
4.2.4 Определение термочувствительности калориметра по корреляции скорости счета и температуры 147
4.2.5 Время термической релаксации калориметра и эффективная темпе ратура калориметра 149
4.3 Обсуждение результатов 152
5 Калибровка системы сцинтилляционных годоскопов и ее использование в качестве дополнительного детектора заряда 167
5.1 Калибровка длины затухания света в стрипах 168
5.2 Мюонная калибровка годоскопов 169
5.3 Междиапазонная калибровка ФЭУ 170
5.4 Коррекция нелинейности отклика сцинтилляторов 171
5.5 Коррекция координатно-зависимой нелинейности 172
5.6 Алгоритм реконструкции заряда ядер с использованием одновременно кремниевой матрицы и верхнего слоя сцинтилляторов 173
5.7 Результаты 176
6 Восстановление спектра энергий частиц по спектру энерговыделений в калориметре (деконволюция) 188
6.1 Деконволюция как некорректно поставленная задача и ее решение методом тихоновской регуляризации 188
6.2 Минимизация функционала S(Ni,..., Nn) 191
6.3 Проблема вычисления ошибок и выбор параметра регуляризации г . 193
6.4 Вычисление матрицы отклика (аппаратной функции) калориметра, искусственный порог калориметра 196
6.5 Проверка метода и результаты 197
6.6 Реконструкция первичного спектра методом дифференциальных сдвигов . 198
7 Спектры протонов и ядер гелия 208
7.1 Реконструкция спектров энерговыделений Ed 208
7.2 Реконструкция абсолютных потоков ядер и учет остаточной атмосферы . 210
7.3 Результаты и обсуждение 211
8 Спектры ядер тяжелее гелия, спектр всех частиц и энергетическая за висимость среднего логарифма атомного веса . 225
8.1 Методика определения спектров ядер 4 < Z < 14 226
8.1.1 Генерация зарядовых диапазонов, зависящих от Еd 226
8.1.2 Вычитание фона, производимого протонами и гелием 227
8.1.3 Фоны от группы ядер Z > 15 для ядер Z = 4 Ч- 14 228
8.1.4 Ширина и форма зарядовых линий тяжелых ядер 229
8.1.5 Проблема взаимных фонов и решение обратной задачи для перекрытия зарядовых линий 231
8.1.6 Переход от спектра энерговыделений к абсолютным спектрам на входе в прибор 231
8.1.7 Переход к абсолютным потокам ядер на входе в атмосферу 232
8.2 Результаты для обильных четных ядер 233
8.3 Относительные интенсивности потоков ядер B-C-N-0 237
8.4 Спектр всех частиц и энергетическая зависимость среднего логарифма атомного веса 240
Отношение потоков ядер от серы до марганца к потоку железа в экспе рименте ATIC-2 251
9.1 Введение 251
9.2 Методика 252
9.3 Результаты 255
9.3.1 Излом в отношениях группы Н~ к железу 255
9.3.2 Статистическая значимость результата 256
9.3.3 Изгиб в отношении спектров обильных четных ядер к спектру железа258
9.4 Является ли излом в отношении потоков артефактом данных эксперимента ATIC? 260
9.4.1 Отношение потока ядер области Н~ к потоку обильных четных ядер С, О, Ne, Mg, Si 261
9.4.2 Отношение потоков ядер области супер-железа к потоку железа . 261
9.4.3 Отношение спектра Н~ эксперимента ATIC к спектру железа других экспериментов 262
9.5 К интерпретации излома в отношении потоков ядер группы Н~ и железа. 263
Статус результатов спектрометра ATIC в свете данных новейших экс периментов 284
10.1 Современные эксперименты, в которых измеряются энергетические спек тры ядер космических лучей 285
10.1.1 CREAM 285
10.1.2 TRACER 289
10.1.3 PAMELA 291
10.1.4 BESS-Polar 293
10.1.5 AMS-02 294
10.2 Различие наклонов спектров протонов и гелия 297
10.3 Нестепенной характер спектров протонов и гелия 300
10.4 Нестепенное поведение спектров обильных ядер тяжелее гелия 303
10.5 Отношения В/С и N/0 304
10.6 Излом в отношении тяжелых ядер S-Cr к ядру железа и изгиб в отношении тяжелых обильных ядер к ядру железа 306
10.7 Новейшие результаты PAMELA и AMS-02 для В/С и модель CGB 307
10.8 О перспективах прямых методов исследования космических лучей 308
Основные результаты и выводы 326
Благодарности 329
Приложения 330
