Проблема ядерного состава КЛ при сверхвысоких энергиях или Поиск Странной Кварковой Материи в КЛ Основная идея доклада : необходимость изменения подхода к изучению состава КЛ, вместо попыток изучения ядерных спектров следует ориентироваться на поиск аномальной компоненты в КЛ типа странной кварковой материи. Основания: 1. Результаты эксперимента АДРОН (Тянь-Шань) (длиннопробежная, выстройка,гало, кентавры…) 2. Модель одиночного близкого источника КЛ (А.Д.Ерлыкин, А.Волфиндейл)

Зацепин Г.Т. на Памире

1960- наст. время – Тянь-Шаньская высокогорная научная станция эксперимент АДРОН – РЭК+ШАЛ

Спектр КЛ по данным экспериментов АДРОН (Тянь-Шань) и AGASA (Япония)

Модель одиночного близкого источника КЛ – двухкомпонентный состав КЛ. Ерлыкин&Волфиндейл

Сректр всех ШАЛ и молодых с s

Кривая поглощения γ-квантов и их семейств в атмосфере.

Аномальное нарушение скейлинга связано с изменением состава КЛ На Рис.а) приведена зависимость среднего числа мюонов от Ne для всех ШАЛ и ШАЛ с γ-семействами. При выборке из всех ШАЛ ливней с γ - семействами число мюонов оказывается больше чем в среднем по ШАЛ. Это противоречит любым моделям ШАЛ, т.к. в этом случае выбираются протонные события и в них число мюонов должно быть меньше чем в среднем по ШАЛ (красный пунктир). На Рис.b) приведена зависимость от Ne наклона b энергетических спектров γ - квантов (E γ -b ) в стволах тех же ШАЛ. Повышенное число мюонов в этих событиях противоречит любой ядерной модели взаимодействия и любому ядерному составу.

Вывод: В области колена КЛ содержат аномальную компоненту, которая не состоит из нуклонов. Интерпретация: Эта компонента может состоять из стабильных частичек странной кварковой материи (СКМ).

Нормировка спектров ядерных компонент в зависимости от магнитной жесткости R=E/Z.

Энергетические спектры ядерных компонент. Энергетические спектры комп зависимости от магнитной ядерных компонент. Энергетическое разрешение метода ШАЛ (~30%) может превышать скорость осцилляций состава КЛ, что приводит к большим ошибкам в определении его зависимости от первичной энергии.

ВЫВОДЫ Основной целью должно быть не определение ядерного состава КЛ, а поиск аномальной компоненты, либо доказательство ее отсутствия. Решающее значение в такой постановке эксперимента имеет изучение стволов ШАЛ с помощью рентгеноэмульсионных камер – РЭК. Минимальный состав высокогорной установки должен включать: 1) Ливневой детектор электронов – Е 0 2) Детектор стволов – РЭК 3) Детектор мюонов

Гипотеза Странной Кварковой Материи Рис.: Сравнение энергии на барион для 56 Fe, ud-кварковой материи (u, d кварки) и uds-кварковой материи (u, d, s quarks), т.е. странной кварковой материи (СКМ). Энергия на барион для СКМ может быть ниже 930 MeV и в этом случае СКМ более стабильна чем ядерная материя. ε 0 = 140 MeV/fm Вариант СКМ в качестве основного состояния материи для сильных взаимодействий вместо 56 Fe был предложен Бодмером (1971), Виттеном (1984) и Теразавой (1990).

Современный статус гипотезы странной кварковой материи. Теоретические оценки показывают, что при плотности энергии ε q =(3-3.5)· ε 0 ε 0 =140 МэВ/Фм 3 – плотность ядерного вещества, нуклоны в компактных звездных объектах типа - нейтронных звезд, - белых карликов, - черных дыр могут расплавляться, переходя в состояние кварк-глюонной плазмы. Уже при М=1.4·М плотности ε q должны существовать в нейтронных звездах при любой доступной скорости их вращения.

Если гипотеза СКМ реальна, нужно ожидать существенный фоновый поток СКМ от столкновений странных звезд в двоичных системах, которые в конечном счете сталкиваются из-за потери углового момента в результате гравитационного излучения. Если такие столкновения выбрасывают СКМ в количестве не более 0.1M, то одно столкновение даст поток ~10 6 A 1 v 250 см 2 с 1 ср 1 (~ 10 6 см 2 с 1 ср 1, для А=1000 и vc), предполагая, что СКМ распространена однородно в галактической области радиуса 10 kpc. Оценка потока странных событий в эксперименте АДРОН составляет: ~ см -2 сек -1 ср -1.

Если СКМ является основным состоянием вещества, то в Галактике должны присутствовать потоки частиц СКМ, которые в зависимости от их скорости могут превращать нейтронные звезды в кварковые. Тогда пульсары скорее являются вращающимися странными звездами, а не нейтронными.

I q эксп

Заключение: Гипотеза СКМ имеет фундаментальное значение для астрофизики, физики элементарных частиц и космологии, поэтому поиск СКМ в КЛ является одной из наиболее приоритетных задач современной физики. Применение: Практическое использование: СКМ, если существует, допускает экзотермическую реакцию, позволяющую сжигать любые ядра: СКМ(B) +A СКМ(B+A) + (50-100)·A МэВ могла бы решить энергетические проблемы на Земле и в космосе, т.к. вода, камни (Луна?) могут использоваться как топливо. очистить Землю от технологических отходов, включая радиоактивные.

Проведенные исследования позволяют лишь сформулировать задачу поиска СКМ в КЛ. Для ее решения требуется новый эксперимент с значительно большей статистикой событий ШАЛ+МЮОНЫ+РЭК+?.

СПАСИБО!