Электроны и позитроны с энергией более 1010 эВ в первичных космических лучах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Борисов, Станислав Владимирович

• Борисов, Станислав Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Борисов, Станислав Владимирович

1. Введение и постановка задачи.

1.1. Космические лучи в окрестности Земли.

1.2. Электроны КЛ высоких энергий и космофизические объекты.

1.3. Постановка задачи исследования.

2. Экспериментальное исследование К Л.

2.1. Первые эксперименты по исследованию антивещества в околоземном пространстве.

2.2. Современное состояние исследований с помощью магнитных спектрометров.

2.3. Калориметрические эксперименты.

3. Эксперимент ПАМЕЛА.

3.1. Задачи эксперимента.

3.2. Краткое описание спектрометра.

3.3. Описание детекторов и систем спектрометра ПАМЕЛА.

4. Приём и обработка данных спектрометра ПАМЕЛА.

4.1. Приём и первичная обработка данных в наземном комплексе ПАМЕЛА.

4.2. Структура обработки данных.

4.2.1. Программа «нулевого» уровня обработки.

4.2.2. Программа первого уровня обработки.

4.2.3. Программа экспресс-анализа.

4.2.4. Программное обеспечение физической обработки информации.

4.2.5. Описание структуры данных Ь2 и методов их использования для дальнейших исследований.

5. Методики разделения электронной и протонной компонент в экспериментах.

5.1. Обоснование выбора методики.

5.2. Методики разделения электронов и протонов в различных экспериментах.

5.3. Методика разделения электронной и протонной компонент в эксперименте ПАМЕЛА с использованием спектрометра.

5.4. Вывод по методикам разделения и определение дальнейшего направления исследований.

6. Методика разделения электронной и протонной компонент в эксперименте ПАМЕЛА.

6.1. Введение.

6.2. Первый вариант методики разделения.

6.2.1. Постановка задачи.

6.2.2. Отбор «хороших» событий.

6.2.3. Отбор электронных событий на фоне протонных.

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Борисов, Станислав Владимирович

10. Заключение

В ходе выполнения диссертационной работы были получены следующие результаты:

1. Разработана методика выделения электронной компоненты на фоне адронной по параметрам ливня в электромагнитном позиционно-чувствительном калориметре. Разработанная методика является универсальной и с незначительными изменениями в программном обеспечении может быть применена в аналогичных калориметрических экспериментах.

2. Разработана методика измерения суммарного электронно-позитронного спектра с использованием калориметра, нейтронного детектора и

- время-пролётной системы спектрометра ПАМЕЛА. Данная методика была всесторонне проверена с использованием расчётов Монте-Карло и полётных данных, и в результате была признана надёжной.

3. Была проверена стабильность работы экспериментального оборудования и правильность моделирования его отклика на электроны.

4. С помощью разработанной методики по данным спектрометра ПАМЕЛА был получен суммарный электронно-позитронный спектр в диапазоне энергий от 24 ГэВ до 800 ГэВ, который в среднем представляет собой степенной спектр с показателем -3.15±0.04, с особенностью в области энергий 70 - 200 ГэВ. Это является новым научным результатом, так как измерения в данном диапазоне энергий на околоземной орбите до эксперимента ПАМЕЛА не проводились.

5. Полученный спектр показывает избыточный поток в области энергий 70 - 200 ГэВ, что согласуется с регистрацией избытка в доле позитронов при энергии около 100 ГэВ, измеренной в эксперименте

ПАМЕЛА.

6. Были проведены численные расчёты спектра электронов и позитронов в околоземном космическом пространстве на базе рассмотрения только механизма вторичного рождения позитронов в межзвёздной среде, которые показали необходимость наличия дополнительного источника заряженных лептонов в Галактике.

7. Расчёты электронно-позитронного спектра в околоземном космическом пространстве с учётом дополнительного источника позитронов и электронов показали, что наблюдаемый избыток может быть связан с тёмной материей, а именно: с процессами аннигиляции нейтралино с массой порядка 200 ГэВ или распада частиц Калуца-Клейна с массой около 400 ГэВ.

Автор выражает благодарность научному руководителю С.А. Воронову и коллаборации ПАМЕЛА.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Борисов, Станислав Владимирович, 2010 год

1. A.M. Гальпер «Космические Лучи», 2-е издание исправленное и дополненное, Москва, 2002.

2. Е.А. Baltz et al., Phys. Rev. D 59 (1999) 023511.

3. С. Хаякава. Физика космических лучей. 4.2., Москва, Наука, 1974.

4. О. Adriani et al, Phys. Rev. Lett. 102, 051101-1 051101-5 (2009).

5. M. Boezio et al., Astrophys. J. 561, 787 (2001).

6. A. S. Beach et al., Phys. Rev. Lett. 87, 271101 (2001).

7. M. Hof et al., Astrophys. J. Lett. 467, L33 (1996).

8. J. Mitchell et al., Phys. Rev. Lett. 76, 3057 (1996).

9. M. Boezio et al., Astrophys. J. 487, 415 ( 1997).

10. Y. Asaoka et al., Phys. Rev. Lett. 88, 051101 (2002).

11. T. Hams et al., Proceedings of the 30th ICRC, 2006.

12. О. Adriani et al., Nature 458, 607 (2009).

13. Gast H., Olzem J.& Schael S., Indirect dark matter search: Cosmic positron fraction measurement from 1 GeV to 50 GeV with AMS-01. Proc. XLIst Rencontres de Moriond, Electroweak Interactions and Unified Theories, 421 (2006).

14. Muller D. & Tang К. K., Cosmic-ray positrons from 10 to 20 GeV A balloon-borne measurement using the geomagnetic east-west asymmetry. Astrophys. J. 312, 183 (1987).

15. Golden R. L. et al., Observations of cosmic-ray electrons and positrons using an imaging calorimeter. Astrophys. J. 436, 769 (1994).

16. Barwick S. W. et al., Measurements of the cosmic-ray positron fraction from 1 to 50 GeV. Astrophys. J. 482, L191 (1997).

17. Boezio M. et al., The cosmic-ray electron and positron spectra measured at 1 AU during solar minimum activity. Astrophys. J. 532, 653 (2000).

18. Alcaraz J. et al., Leptons in near Earth orbit. Phys. Lett. В 484, 10 (2000).

19. Beatty J. J. et al., New measurement of the cosmic-ray positron fraction from 5 to 15GeV. Phys. Rev. Lett. 93, 241102 (2004);

20. Clem J. & Evenson P., Cosmic ray positron fraction observations during the A-magnetic solar minimum. Proc. 30th ICRC, Merida (2007).

21. Baltz E.A. and Hooper D., JCAP, 7(2005), 1.

22. C. L. Bennett et al., Astrophys. J. Suppl. 148, 1 (2003).

23. T. Sjostrand, P. Eden, C. Friberg, L. Lonnblad, G. Miu, S. Mrenna and E. Norrbin, Comput. Phys. Commun. 135, 238 (2001).

24. P. Gondolo, J. Edsjô, L. Bergstrôm, P. Ullio, M. Schelke and E. A. Baltz, JCAP 07, 008 (2004).

25. A. Moiseev et al., Proceedings of the 30th ICRC, 2007, OG1.5, 1014.

26. Ormes J.F. and Moiseev A. A. First GLAST Symposium, Editors Ritz, Michelson and Meegan, AIP 921(2007).

27. Kobayashi T. et al., ApJ, 601 (2004), 340.

28. Aharonian F.A., Atoyan A.M., and Volk H.J., A&A, 294 (1995), L41.

29. Koyama,K. et al. 1995, Nature, 378, 255.

30. Allen,G.E. et al. 1997, ApJ, 487, L97.

31. Keohane J.W., Petre R., Gotthelf E.V., Ozaki M., Koyama K. 1997, ApJ, 484, 350.

32. S lane P. et al. 1999, ApJ, 525, 357.

33. S lane P. et al. 2001, ApJ, 548, 814.

34. Ginzburg V.L., PtuskinV.S. 1976, Rev. Modern Phys., 48, 161.

35. Lukasiak A., Ferrando P., McDonald F.B., Webber W.R. 1994, ApJ, 423, 426.

36. Strom R.G. 1994, A&A, 288, LI.

37. Braun R., Goss W.M., Lyne A.G. 1989, ApJ, 340, 355.

38. Leahy D.A., and Aschenbach B. 1996, A&A, 315, 260.

39. Green D.A. 1988, Astrophys. Space Sci., 148, 3.

40. Blair W.P., Sankrit R., Raymond J.C., Long K.S. 1999, AJ, 118, 942.41.42,43,44,45,46