А. М. ГАЛЬПЕР, Л. А. ГРИШАНЦЕВА, С. В. КОЛДАШОВ, В. А. ШИЛОВ от имени коллаборации «ПАМЕЛА».
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ЗАРЯДОВОЕ СООТНОШЕНИЕ
В ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННЫХ ПОТОКАХ ВО
ВНУТРЕННЕЙ ЗОНЕ РАДИАЦИОННОГО ПОЯСА ЗЕМЛИ
Выполнено изучение электрон/позитронного отношения в потоках вторичных магнитосферных частиц в диапазоне энергий 50-500 МэВ по данным эксперимента ПАМЕЛА на космическом аппарате «Ресурс-ДК» №1. Получено указание на ускорение электронов до энергии в несколько сотен МэВ в магнитосфере Земли.
В настоящее время существуют две группы моделей генерации высокоэнергичных электронов и позитронов в радиационном поясе Земли (РПЗ). Первая – разного рода ускорительные механизмы, в которых электроны низких энергий, находящиеся или внутри магнитосферы или в межпланетном пространстве на внешней границе магнитосферы, ускоряются в процессах радиальной диффузии с сохранением адиабатических инвариантов [1 и ссылки в ней]. Другая группа процессов – ядерные взаимодействия космических лучей с веществом остаточной атмосферы с рождением и последующим распадом заряженных пионов (p®m®е) [2].
Изучение происхождения электронов и позитронов высоких энергий (20-200 МэВ) в различных областях околоземного пространства было проведено в серии экспериментов «Мария» и «Мария-2» на орбитальных станциях «Салют-7» и «Мир» (). Было показано, что в радиационном поясе потоки электронов значительно преобладают над потоками позитронов [3, 4]. Такой результат однозначно свидетельствует об ускорительном механизме накачки внутренней зоны радиационного пояса, поскольку среди «затравочных» низкоэнергичных частиц присутствуют электроны и нет позитронов.
В настоящее время в эксперименте «ПАМЕЛА» на борту ИСЗ «Ресурс-ДК» №1 проводится исследование состава и энергетических спектров космических лучей и в том числе потоков магнитосферных электронов и позитронов [5]. Благодаря большой светосиле (порядка 20 см2ср) и хорошему энергетическому разрешению спектрометр «ПАМЕЛА» открывает новые возможности для детального изучения природы частиц в магнитосфере Земли. Прибор «ПАМЕЛА» состоит из времяпролетной системы на основе сцинтилляционных счетчиков, магнитного анализатора (постоянный магнит и трекер - система полупроводниковых стриповых детекторов, размещенных в магнитном поле), калориметра (набор слоев вольфрама и полупроводниковых стриповых детекторов), нижнего ливневого сцинтилляционного детектора и нейтронного детектора.
Были обработаны данные спектрометра «ПАМЕЛА» за период с августа 2006 года по апрель 2007. Для анализа были отобраны события, удовлетворяющие следующим критериям: одиночный трек в трекере, частица движется в прямом направлении (сверху вниз), нет сигнала с системы антисовпадений (таким образом, отсекается около 99,9% пионов). Для надежного разделения лептонов и протонов рассматривались частицы с жесткостью менее 500 МВ. В этом случае энерговыделение частиц в трекере существенно отличается для лептонов и протонов. Определение знака заряда частицы осуществлялось по знаку угла ее отклонения в магнитном поле.
Был проведен анализ отношения электронов к позитронам в потоках частиц в РПЗ и под ним. Показано, что наблюдается значительное преобладание электронов над позитронами в РПЗ, что отражает на наличие ускорительного механизма накачки внутренней зоны радиационного пояса. В то же время под поясом наблюдается избыток позитронов, подтверждающий ядерную модель формирования потоков частиц альбедо. С ростом энергии отношение е-/е+ в РПЗ уменьшается, но сохраняется преобладание электронов вплоть до энергии порядка нескольких сотен МэВ. Этот факт указывает на действие в магнитосфере процессов ускорения лептонов вплоть до таких энергий.
Работа частично выполнена при поддержке РФФИ (грант №а) и Министерства образования и науки РФ.
Список литературы
1. , , Михайлов электронов высоких энергий в радиационном поясе Земли. Космические исследования. 1995. Т.33. №5 С.546.
2. О возможности существования радиационного пояса Земли из электронов с энергиями 100 МэВ и выше. Доклады АН СССР. 1977. Т.24, С.810.
3. , Пугачева потоков электронов альбедо в геомагнитном поле. Геомагнетизм и аэрономия. 1982. Т.22. №6. С.912.
4. Воронов А. М., Кириллов- и др. Зарядовый состав потока высокоэнергичных электронов и позитронов радиационного пояса Земли. Письма в ЖЭТФ. 1986. Т.43. Вып.5. С.240.
5. Voronov S. A., Galper A. M., Koldashov S. V. et al. Electrons with energy greater than 20MeV in the inner radiation belt. Radiation Measurement. 1996. Vol.26, No.3. P.375.
6. Galper A. M., Picozza P. et al. Astroparticle Physics. 2007. Vol. 27. P. 296.
