5.3. КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ В АТМОСФЕРЕ

Рассмотрим теперь наблюдаемые распределения всех типов частиц высоких энергий в атмосфере. На рис. 5.5 [3] показан поток космических лучей, действительно наблюдаемый в атмосфере, — конечный результат воздействия усредненного потока космических лучей, падающих на верхние слои атмосферы. Все наблюдаемые свойства можно количественно понять в рамках моделей электромагнитных и ядерных каскадов, которые обсуждались выше.

Основная часть наблюдаемого потока вызвана первичными протонами с энергиями В принципе можно было вывести спектр первичного излучения, приведшего к показанному распределению, однако на это не стоит тратить усилий, поскольку ответ уже известен из прямых наблюдений с баллонов и спутников. Отметим в частности следующие моменты.

Рис. 5.5. Вертикальные потоки различных составляющих космических лучей в атмосфере [3, р. 50]. Жесткий компонент: мюоны протоны нейтроны пионы мягкий компонент: электроны мюоны протоны

1. Число протонов экспоненциально падает, так же как и число пионов и нейтронов.

2. Число электронов сначала экспоненциально растет, затем быстро падает — поведение, характерное для электрон-фотонной лавины. Даже на самой границе атмосферы наблюдаются сильные потоки релятивистских вторичных электронов космических лучей и, следовательно, возникает проблема выделения первичных космических электронов, если только они не регистрируются за пределами атмосферы.

3. Количество наиболее энергичных мюонов падает медленно, а мягкие мюоны успевают распасться прежде, чем они достигнут земли.

Мы вернемся к атмосферным ливням при изучении космических лучей самых высоких энергий. Для этих ливней можно построить точные модели с учетом всех важнейших достижений ядерной физики. Ниже кратко будет описана такая работа (см., например, [5]).