ФИЗИКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ И АТОМНОГО ЯДРА

2004. Т. 35. ВЫП. 1

УДК 537.591.15

РЕГИСТРАЦИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ УЛЬТРАВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ РАДИОМЕТОДОМ

В. А. Царев

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, Москва

РЕГИСТРАЦИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ УЛЬТРАВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ РАДИОМЕТОДОМ 1

В. А. Царев 1

РЕГИСТРАЦИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ УЛЬТРАВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ РАДИОМЕТОДОМ 1

В. А. Царев 1

ВВЕДЕНИЕ 2

1. КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ УЛЬТРАВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ 188

М_Пл - (Не/2пС_к)^1/2 - 10¹⁹ ГэВ, 199

См - (Мпл)^-2 - (М*)^-п-2Е^-п, 200

Еш(Мчд) - (М*)^-1(Мчд/М*)^1/("+¹⁾. 200

ст—д ~ ^пЕШ 200

2. РЕГИСТРАЦИЯ КЛУВЭ РАДИОМЕТОДОМ 202

Ешал = (<1Е/дх)Ь. 205

F = exp(—k²at / 4)/(1 + k²a_s/8)², 222

dW/dSdv « v_maxd²E/dSdv = (c/2n)v_max|E(w)|². 222

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 425

УДК 537.591.15

РЕГИСТРАЦИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ УЛЬТРАВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ РАДИОМЕТОДОМ

В. А. Царев

Физический институт им. П. Н.Лебедева РАН, Москва

Обзор посвящен обсуждению возможности регистрации космических лучей ультравысоких энергий (КЛУВЭ) радиометодом с помощью приемников, расположенных на спутниках и аэро­статах. Формулируется суть парадокса КЛУВЭ и рассматриваются различные модели, имеющие своей целью разрешение этого парадокса. Обсуждаются механизмы генерации радиоволн широ­кими атмосферными ливнями (ШАЛ). Приводятся основные сведения о структуре и свойствах ШАЛ ультравысоких энергий и результаты расчетов радиоимпульсов от ШАЛ. Обсуждаются осо­бенности регистрации этих импульсов спутниковыми, аэростатными и наземными детекторами и рассматриваются различные источники фоновых помех.

The overview is concerned with discussion of feasibility for detection of ultrahigh energy cosmic rays (UHECR) by radio method using satellite-borne and balloon-borne receivers. The essence of the UHECR paradox is stated, and various models aimed at its resolving are considered. The mechanisms of radio wave generation by extensive air showers (EAS) are discussed. The essentials of the EAS structure and properties as well as the results of the EAS radio pulse calculations are presented. The peculiarities of detection of these pulses by satellite-borne, balloon-borne, and ground-based receivers are discussed, and various sources of background interference are considered.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в различных странах мира проводятся исследова­ния, имеющие своей целью создание в космосе отражателей большого раз­мера, а также «солнечного парусного корабля» — космического аппарата, снабженного тонкопленочными «парусами» большой площади и движуще­гося под действием давления солнечного света. Эти работы стимулировали развитие технологии производства и развертывания в космосе тонкопленоч­ных конструкций большой площади («пленочных астрофизических струк­тур» — ПАС). Использование ПАС может оказаться перспективным во мно­гих областях науки и техники. Недавно группа российских институтов (ФИАН им. П. Н. Лебедева, НИЦ им. Г. Н. Бабакина, НИИЯФ МГУ, ОИЯИ и С.-Петербургский ФТИ) представила программу астрофизических исследова­ний, основанную на использовании ПАС [1]. Программа включает следую­щие направления: а) регистрация космических лучей ультравысоких энергий;

б) поиск массивных заряженных частиц «темной материи»; в) измерение ве­личин и вариаций потоков космических ядер. Кроме того, предполагается

провести измерения величины и гр адиент а околоземного магнитного поля и мониторинг потоков микрометеоритов.

Проблемы регистр ации КЛУВЭ и поиск а ч астиц темной м атерии прин ад- леж ат к числу наиболее острых проблем современной физики элемент арных ч астиц и астрофизики. Настоящий обзор посвящен первой из этих проблем. В р азд. 1 формулируется суть пар адокс альной ситуации, возникшей в резуль- т ате эксперимент ального обнаружения КЛУВЭ. Затем кр атко р ассматрив а- ются модели, имеющие своей целью р азрешение этого пар адокса либо на основе анализа ускорительных процессов в астрофизических объект ах, либо с помощью введения новых ч астиц. Наиболее р адикальные гипотезы предпо- л агают нарушение ст андартных преобр азов аний Лоренца. В разд. 2 обсужда­ются перспективы регистр ации КЛУВЭ р адиометодом со спутников и аэро- ст атов. В п. 2.1 содерж атся необходимые сведения о структуре и свойств ах ШАЛ ультр авысоких энергий. В п. 2.2 р ассматрив аются основные механизмы генер ации р адиоволн в широких атмосферных ливнях. В п. 2.3 приводятся ре- зульт аты р асчетов р адиоимпульса от ШАЛ. В п. 2.4 р ассматривается возмож­ность определения формы каскадной кривой ШАЛ по временной з ависимо- сти р адиоимпульс а. Особенности регистр ации этого импульса спутниковыми, аэрост атными и наземными детектор ами обсуждаются в п. 2.5. Проблеме фо­нов посвящен п. 2.6. Обсуждение технических аспектов не входит в з адачу данного обзор а, однако, для полноты изложения, в приложении приводится несколько примеров, иллюстрирующих хар актер и масшт аб з адач, связ анных с созданием и использованием ПАС.