Антипротоны и дейтоны в галактических космических лучах тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

физико-технический институт им. а.ф.иоффе российской академии наук

На правах рукописи УДК 537.591

Ботмолов Эдуард Александрович

антипротоны и дейтоны в галактических

космических лучах

(специальность 01.03.02 - астрофизика и радиоастрономия)

автореферат диссертации нц соискание ученой степени доктора фи«1ко-математических наук

и——ад—ааькя—и&вшамьжш ^яшштип I ни —адшии

контрольный

ЭКЗЕМПЛЯР I

Работа выполнена в Фи жко-техническом ииститук им. А.Ф.Иоффе РАН

Официальные оппоненты:

Ведущая ор| ашиаппя:

доктор физико-матемашческих наук, профессор А М Быков,

доктор физико-математических наук, профессор Ю.Н.Гнедин,

доктор физико-матемаз ических наук, профессор Ю.И.Стожков.

Московский инженерно-физический инсти1уг (государственный университет).

Заши1а состоится ".

2(ЮЗ |. в

часов на часедапии

диссертационно!о совета Д 002.205.03 при Физико-гехничсском институте имени А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Пегербурк уч.Политехническая. 26.

С лисссртаиисй можно ошакомигься в библиотеке Фитико-технического института им. А.Ф.Иоффе РАН.

Отзывы на авюреферат в двух ж к; мил ярах, заверенные печатью, просим высылав но указанному адресу секретарю диссертанионною совета.

Автореферат разослан _"______ 2003 г.

Учений секретарь диссертанионною совета . кандидат фишко-математических наук

•1 С

АЛ.Опбели

\ 2.? 72 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Предмет зашиты. Предмет зашиты прсдааачяег собой роулыагы комплекса эксперимет альных стракк-фериых исследований с использованием магнитных спектрометров интенсивное!ей ашииротонов и энерютической зависимости отношения понжов антинроюнов и протонов ( р/р-отношение) в галактических космических лучах (ТКЛ) в энер1етическом диапазоне 0.2-5.1 ГэВ при положительной и отрицательной полярности магнитною поля Солнца, а также ре ¡улыаты измерений интснсивностсй дейтонов, отношения потоков дейтонов к ядрам гелия-4 (2Н/4Не-отношение) и дейтонов к прогонам ("Н/'Н-о!ношение) в ГКЛ в энер!етической области 0.8-1.7 ГэВ/нуклон вблизи минимума и максимума солнечной активности.

Кроме тою, предметом зашиты являются астрофизические следствия проведенною комплекса исследований р и "Н в ГКЛ, а также обоснование приоритета отечественных исследований р в космических лучах.

Актуальность проблемы. Исследование происхождения и распространения космических лучей (КЛ) в Галактике являося одной из фундаментальных проблем астрофизики. Основой для исследование) является прежде всего детальное изучение спектров, зарядовом) и и50Т0ПН01 о состава ГКЛ в широкой энергетической области, поиск новых возможностей получения информации но исследуемой проблеме, позволяющей понять природу источников первичною космической) излучения. трансформацию спектров и состава первичных космических лучей при их распространении в Галактике от источников до наблюдателя, исследовать процессы и определить физические параметры, связанные с областью распространения ГКЛ.

Принципиально новым направлением в этой облает исследований, возникшим при активном участии автора настоящей работы, явилось обнаружение р в составе ГКЛ, измерение их интенсивное!ей и р/р-огношения в -»нервической области 0.2-5.1 ГэВ. охватывающей как максимум спектра р вблизи энергии 2 ГэВ, гак и область кинематическою обрезания спектра при энер!иях ниже 2 ГэВ. Вопрос о существовании источников первичных р, 1енерируемых. и частности, в объектах из антима!ерии, при т'пяр»-щ|р ш-пр^нм* ч.рт.ш дыр в процессе Хокиша, при анншиляпни

енлр.-пии первичных чеп

I енуибтЕКА Г

| СтЯ^ш _ (

• ^ о» «#..,5754

слабовзаимодейанукшшх части, вогможно. вносящих существенный «клал в гсмпую материю I ало Галактики, остаегея в настоять время о1крьпым. но проведенные исследования погволякп не только сделать вывод, что основная часть интегральною потока р имеег вторичную природу, но и получить офаничения на эффективность источников первичных р. В связи с тем, что 1енерания р в межзвездном пространстве определяется в основном проюнной компонентой ГКЛ, регистрация р нонюляет проводить не зависимые исследования процессов распространения в Галактике этой компоненты, а отрицательный знак наряда р - исследовать зарядовую зависимость модуляции КЛ в гелиосферс.

Ишерснис интенсивности дейтонов в ГКЛ, которая в космическом и (лучении на 1ри порядка превышает естественную распросфаненность ядер детсрия в Галактике и формируется в области высоких энергий в основном га счсг ядерных вгаимодействий 1слновой компонент первичных КЛ с межгвездной материей, погволяло нсслсдоваи> проблемы, свягапные с распространением ядер гелия в Галактике, а измерения "Н/Не- и 2Н/'Н-отно1лсний пблиш минимума и максимума солнечной активное! и - и ¡учать модуляционные аффекты в околосолнечном пространстве.

До наблюдений р и высокоэнергегичных "Н в ГКЛ экспериментальные данные о раснр<хтранении КЛ в Галактике были поручены в основном из шмерений энергетической гависимости соо1 ношения вюричных и первичных ядер, т.е. при исследованиях ядерн >й компонешы ГКЛ. Рсмгстрания 1алак1нческих р и "Н расширяла днанаюн исследований, но ¡вол яла провести негависимое изучение распространения в Галактике протонной, гелиевой и ядерной компонент первичных КЛ, история которых, в принципе, мо|ла быть различной. Все перечисленные аспекты свидетельствуют об актуальности проведенных исследований проблемы р и "Н в ГКЛ.

Цели и задачи работы. Одной и 1 основных целей исследований на начальном этане являлся поиск в стратосферных экспериментах р в ГКЛ в энергетической области 2-5 ГэВ в связи с проверкой гипотезы о возможной барионной симметрии Вселенной, предполагавшейся па основе ^сперимсн г альных данных физики элементарных частиц. Успешное решение задачи по обнаружению р в ГКЛ с использованием баллонного магнитного спектрометра в работах автора с сотрудниками, последующее

появление зарубежных данных о неожиданно высокой интенсивности р в энергетической обласж 0.1-0.3 ГиВ стимулирован! постановку актором диссертации выеоконшрожых страюсферных экспериментов Физико-1ехнического института (ФТИ) но регистрации р в энер!егическом диапаюне 0.2-2 ГэВ и проведение мноюсуючных полетов с п-ва Камчатка с целью повышения статистической достоверности ре¡улылог, тмерепий интенсивноети р и р/р-огношенпя в энеркмической облаем и 2-5 ГэВ. Основной целью экспериментов на этом лапе исследований являлось тучение природы источников р в ГКЛ.

Практическое огсуктвие данных о "Н в ГКЛ в энер1стической облает свыше 0.1 ГэВ/нуклон, связанное с эксперимстальной сложностью ра(деления иютопов ядер водорода в области высоких энершй, явилось стимулом для проведения стратосферных тмереиий потока "Н при энершй порядка 1 ГэВ/пуклон. Экспериментальные исследования "Н в этой энер!егической области тнвоняли оценить, важный с точки фения проблем раенроаранения КЛ в Галактике, параметр - количеемво вещества, проходимою КЛ в области их распространения. Проведенные ФТИ успешные смратосферные измерения интенсивности "Н в энергетической облает 0.9-1.6 ГэВ/нуклон вблизи минимума солнечной активности бьши продолжены по инициативе авюра диссер1ации в полете, выполненном вблиш максимума сочнечной акшвности, для оценки роли модуляционных эффектов в околосолнечном пространстве на изменение интенсивности 2Н. 'Н/^Нс- н лН/'Н-ошошепий в энергетической облает вблиш 1 ГэВ/нуклон.

Заключительным этаном работы явился рсгроспекшвный анали! комплекса проведенных экспериментальных исследований р и "Н в ГКЛ с учетом новых данных о фоне измерений, связанном с влиянием остаточной атмосферы па высотах полетов приборов, и уточнением данных о естественном фоне однозарядных частиц вблизи уровня моря, исиолыованном при наемных предполетных калибровках приборов. Эы чаеть работы позволила провести корректное сравнение полученных автором экспериментальных данных с современными зарубежными данными по измерениям р и "Н в ГКЛ.

Необходимость продолжения исследований проблемы р и "Н в ГКЛ в области более высоких энершй потребовала создания более светосильных приборов и использования новых методов селекции релятивистских однозарядных частиц по массе. В связи с лим авюром были разработаны проекты новых машнгных спектрометров дчя

стратосферных и космических исследований с селекцией частиц по массе с помощью не применявшихся ранее идентификаторов релятивистских частиц высокого давления. В рамках участия в международном космическом проекте, направленном, в частности, на измерения спектров р в диапазоне 0.1-200 ГэВ, были разработаны рекомендации по улучшению физических параметров космического машитного спектрометра PAMELA.

Методы исследований. В основу использованных методов исследований бьши положены прежде всею процессы отклонения заряженных частиц при их движении в магнитном поле. Сформулированные задачи экспериментальных исследований р и "Н в KJ1 решались автором с использованием стратосферных магнитных спектрометров, каждый из которых состоял и j управляющего телескопа из сцинтилляционных и черепковских детекторов для определения величины заряда регистрируемых прибором частиц, селекции их по скорости и направлению прихода; постоянного магнита для отклонения заряженных частиц; трековой системы для определения траектории пролета частиц через прибор, знака заряда частиц и их жесткости по знаку и величине отклонения частиц в поле магнита. Знание жесткости частиц, величины и знака их заряда, а также разделение peí истрируемых частиц по скорости с помощью порошвого черенковского детектора, позволяло проводить эффективную селекцию частиц по массе, практически исключая в исследуемых энергетических диапазонах регистрацию фоновых частиц с отриаатсльным знаком заряда (мюонов, электронов) при выделении р и первичных протонов при регистрации "Н. Пионы и К-мезоны с отрицательным знаком заряда из ядерных взаимодействий в материале прибора выше трековой системы исключались использованием данных сцинтилляционных детекторов и траекюрных измерений как мношчастичные события, альбедные частицы, которые могли имитировать регистрацию р, исключались использованием направленного черепковскою детектора (на начальном этапе исследований) и время-пролетным анализом. Необходимые для анализа результатов измерений физические параметры спектрометров определялись с помощью предполетных калибровок приборов с использованием данных о спектрах атмосферных частиц вблизи уровня моря. Аналитические расчеты и Монте-Карло моделирование применялись при оценках ряда аспектов

фоновых условий стратосферных измерений и физических параметров приборов.

Научная новизна работы. Обнаружен и впервые_ измерен поток р с энергией 2-5 ГэВ в составе ГКЛ, а также измерено р/р-отиошение в этой энергетической области. Впервые выполнены измерения потока р и р/р-отношения в области малых энергий ниже 2 ГэВ, указавшие на механизм генерации основного потока р в КЛ - ядерные взаимодействия КЛ высоких энергий с межзвездной средой. Впервые получена экспериментальная астрофизическая оценка нижнего предела времени жизни р на уровне 106— I О7 лет, более чем на три порядка превышающая экспериментальный предел, достигнутый в работах на ускорителях к моменту завершения выполненных экспериментов и сравнимый с уровнем современных ускорительных данных. Получен верхний предел на уровне 105 пс'3 для концентрации в Галактике реликтовых черных дыр с массой ниже 1014 г.

Впервые измерены потоки 2Н и определены 2Н/4Не- и отношения в неисследованной ранее энергетической области 0.8-1.7 ГэВ/нуклон вблизи минимума и максимума солнечной активности.

Впервые измерены интенсивности и зарядовый состав атмосферных мюонов на стратосферных высотах в средних и высоких широтах и разработана первая глобальная модель широтных, высотных и угловых распределений потоков мюонов, протонов и нейтронов в различных фазах солнечной активности.

Впервые создана серия отечественных магнитных спектрометров для стратосферных экспериментов по регистрации потоков р, "Н в ГКЛ, вторичных частиц вблизи границы атмосферы и разработана методика измерений. В методическом плане впервые предложено и обосновано использование идентификаторов релятивистских частиц высокого давления, работающих в комплексе с магнитными спектрометрами, для эффективного разделения по массе однозарядных частиц в первичном и вторичном космическом излучении в области высоких энергий.

Практическая ценность результатов. Обнаружение р в составе ГКЛ, измерение их интенсивностей и р/р-отношения в энергетической области 0.2-5 ГэВ инициировало исследования проблемы источников р в космическом пространстве, открыло новые возможности в изучении проблем распространения КЛ в Галактике, прежде всего их протонной компоненты, и проблем модуляции КЛ в околосолнечном пространстве.

Приведенные измерения позволили сдсла|ь вывод о вторичной природе основною источника р в КЛ и получить ряд офаничений иа эффективное!ь вошожных исючников первичных р в ГКЛ.

Измсрсния интенсивное!ей 2Н, ~Н/*Не- и "Н/'Н -oíношений в КЛ в не исследованной рапсе энер! ет ичсской области 0.8-1.7 ГэВ/нуклон вбшзи минимума и максимума солнечной активн<хти обеспечили дополнительные возможности по независимому изучению распространения 1слисвон компоненты КЛ в Галак!ике и модуляционных эффектов в к шосфсре. Проведенные исследования р и "И в ГКЛ позволили едсла1Ь вывод о практическом единстве процессов и параметров распространения г. Галаыикс прогонной, 1слие1зой и ядерной komiiohchi в исследуемой энер!С!ичсской области.

Разрабоыппая расчетная модел1> высошых. iinipoiпых и уиювых зависимостей космическою излучения (мюонов, прогонов, нейтронов) позволила обобщить существующие экспериментальнме данные в единую сиосм). использовап> расчетные данные при анализе экснсримен i альиых jdiinbix. про и lote ИН1СИСИВНОС1СЙ КЛ при подюювке новых измерений в лмосферс, в прикладных исследованиях радиационной обстановки в ашосфсрс, связанной с естественным фоном КЛ.

Разработанная методика исследований спектров и состава КЛ в страюсфсрс с помощью машитных спектрометров и накопленный экспсримсшальнын оньп использованы при подюювке новых экснсрименюв в страюсфсре и космическом пространстве.

Личный вклад соискателе. Рассмотренные в диссертации jkuicphmchi альные нссчецовапия явились частью комплекса работ по изучению спек i ров и состава ГКЛ, проведенных автором с coi рудниками в сек юре Галаыических космических лучей иод общим научным руководством В.А.Романова, а затем в лаборатории Космической снсюромстрин ФТИ РАН. На начальном этапе стратосферных экснсримен юв по поиску р в КЛ с помощью первого варианта ма(пи1!<ою спскгромстра автором рабош была оценена важная, с точки ,рения фона измерений, роль рассеяний протонов высоких энергий в ма1сриале трековой части прибора и эффектов, связанных с зашитой oí фона частиц с о|рицательным знаком заряда при регистрации р: приняты необходимые меры по совершенен вованию прибора и методики измерении, определившие успех дальнейших экспериментов по

обнаружению р; внесен основной вклад в сбор экспериментальных данных, их анализ и интерпретацию.

При проведении дальнейших экспериментов автор работы являлся активным участником исследований на стадиях постановки задач по проведению высокоширотных и многосуточных экспериментов по измерению р и "Н, разработок и доработок конструкции приборов, отработки методов настройки и калибровки баллонных магнитных спектрометров, постановки модельных расчетов, организации баллонных исследований ФТИ в качестве члена Комиссии АН по аэростатным исследованиям, руководства всеми баллонными экспедициями, подготовки приборов к полетам, обработки полетной информации, анализа полученных данных, подготовки публикаций, докладов на конференциях по КЛ, разработки новых проектов, гашиты приоритетов отечественных исследований КЛ, выполненных в ФТИ.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Обнаружение антипротонов в составе ГКЛ в энергетической области 2-5 ГэВ. Результаты измерений интенсивности р и р/р-отношения к этой энергетической области. Экспериментальная астрофизическая оценка нижнего предела времени жизни р на уровне 10°-10' лет.

2. Результаты измерений интенсивности р и р/р-отношения в энергетической области 0.2-2 ГэВ при отрицательной полярности солнечного магнитного поля. Вывод о вторичной природе основного потока галактических р, генерируемого КЛ высоких энергий ггри ядерных взаимодействиях с межзвездной средой.

3. Результаты анализа, ограничивающие эффективность возможных источников первичных р в космическом пространстве на основании проведенных измерений р в ГКЛ.

4. Результаты измерений интенсивжктей :Н, "Н/Не- и 2Н/'Н-о г ношений в ГКЛ в энергетической области 0.8-1.7 ГэВ/нуклон вблиш минимума и максимума солнечной активности. Роль модуляционных факторов при распространении "Н в гелжхфере.

5. Вывод о практическом единстве процессов и параметров распространения в Галактике протонной, гелиевой и ядерной компонент первичного космического излучения с энергией выше 1 ГэВ/нуклон на основании проведенного комплекса исследований р и 2Н в ГКЛ.

6. Рсзулыаты измерений интенсивное! ей, зарядового состава атмосферных мюонов, потоков протонов и гелия вблизи границы атмосферы и их согласие с разработанной моделью широтных, высотных распределений потоков первичных и вторичных КЛ на стратосферных высотах в различных фазах солнечной активности.

7. Разработка методики измерений р и :Н в ГКЛ с помощью баллонных магнитных спектрометров, обоснование новых возможностей разделения по массе однозарядных частиц в КЛ с использованием идентификаторов релятивистских частиц высокого давления.

Апробация работы. Все положения, выносимые на защиту, опубликованы в сикрьпой печаш в тридцати научных работах, список которых приведен в конце автореферата. Результаты работы неоднократно представлялись и докладывались на Международных конференциях по космическим лучам (ICRC): 12th 1CRC (Hobart, 1971), 16th ICRC (Kyoto, 1979), 17th ICRC (Paris, 1981), 20th ICRC (Moscow, 1987), 21st ICRC (Adelaida, 1990), 24th ICRC (Rome, 1995), International Conference "Physics, at the Turn of the 2hi Century" (С.-Петербург, 1998), 18th European Cosmic Ray Symposium (Moscow, 2002); докладывались на Всесоюзных и Всероссийских конференциях но космическим лучам в Ереване (1979), Самарканде (1981). Якутске (1984), Алма-Ате (1988), Москве (1994, 1996), Дубне (2000); обсуждались на международных совещаниях но проекту PAMELA, ¡арубежных семинарах в Национальном институте ядерной физики. Ишшя (Bari, 1996) и Королевском tcxiiojioiическом институте, Швеция (Stockholm. 1997), а гакже в России на семинарах лаборатории Космической снекфомефии, сектора теоретической астрофизики ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН, научной сессии МИФИ-99 и имеют высокий уровень нитируемости в зарубежных и национальных публикациях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, пяш Глав, Заключения и Списка литературы, включающего 224 наименований. В leKcie общим объемом в 362 страниц содержится также 119 рисунков и 4 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении обосновывается актуальность исследований по i оков р и 2Н в ГКЛ, охватывающих области астрофизики от изучения

происхождения и распространения космических лучей в Галактике до возможностей получения информации о ранней стадии развития Вселенной.

Космические лучи, генерируемые в основном во время вспышек сверхновых, отражают химический состав магерии в источниках. После ускорения в источниках (и, возможно, доускорения в межзвездной среде) при дальнейшем распространении в межзвездной среде состав первичных КЛ может существенно меняться в ре ¡ультате ядерных реакций с межзвездным газом. При этом более тяжелые первичные ядра превращаются во вторичные ядра с меньшей массой и зарядом, а некоторые частицы и ядра, практически отсутствующие в источниках, могут наблюдаться в ГКЛ в заметных количествах. К этой последней категории относятся р и "Н, и их исследование важно с точки зрения понимания процессов распространения, опенки физических параметров, пространственного распределения КЛ в Галактике. Дополнительным Преимуществом р И *Н по сравнению с более тяжелыми ядрами является то. что их средние пробеги для взаимодействий при релятивиаских энергиях значительно больше среднего количества материи, проходимого КЛ, и получаемая информация в значительной мере является модельно-независимой.Другой важный аспект связан с тем. что "Н имени энерпио на нуклон близкую к энерши ядер, о!ветственных за их рожление, при сравнительно низком энер! ет ическом пороге генерации порядка десятков МэВ/нуклон, в то время как энергия р примерно на порядок ниже энергии, рождающих их КЛ, и эффективный порог реакции близок к энергии 10 ГэВ. Это обстоятельство позволяет и ¡учап. вопросы, связанные с проблемой ускорения КЛ. Потоки р в ГКЛ генерируются в основном в ядерных реакциях протонов, в то время как потоки "Н в энергетической области свыше 1 ГэВ/нуклон обусловлены ядерными реакциями ядер гелия. Сравнение результатов исследований антипрогонов, дейтонов и более тяжелых ядер позволяет, таким образом, определить существование единства или различия процессов распространения и пространственного распределения в Галактике протонной, гелиевой и ядерной Компонент первичных КЛ.

Отрицательный знак заряда р предоставляет возможность изучения модуляции в гелиосфере в зависимости от знака заряда ГКЛ в различных фазах солнечной активности при различной полярноеIи магнитного поля Солнпа. Энергетическая зависимость р/р-отношения должна меняться с 22-лстним никлом при неизменности, благодаря

равенству отношения массы к заряду, энергетической гависнмости "Н/*Не-отношения при высоких энерг иях.

Исследования галактических р могут способствовать прогрессу в изучении проблем, связанных с темной материей, реликтовыми черными дырами, т.к. источниками первичных р могут быть аннигиляция массивных слабовзаимодействуюших суперсимметричных частиц, возможно, сосредоточенных в гало Галактики и образующих скрытую массу, испарение реликтовых черных дыр. Обнаружение особенностей в спектре р вторичной природы в области низких энергий и при энергиях свыше 10 ГэВ может предоставить возможность открытия новых астрофизических обьекгов и явлений, связанных с состоянием материи на ранней стадии развития Вселенной, обеспечить экспериментальную проверку современных теорий элементарных частиц.

Проведенный аналгн комплекса стратосферных исследований 1 алактических р и *Н, представленный в диссертации, позволил получить ответы на поставленные в ходе исследований задачи. Анализ выполнен с учетом новых данных о фоновых условиях измерений на стратосферных высотах и о наземных спектрах КЛ, что позволило провести корректное сравнение полученных экспериментальных данных с современным уровнем исследований проблем рн'Нв ГКЛ.

В первой главе анализируется состояние теоретических исследований и экспериментальных поисков р в ГКЛ к началу данной работы, представлен анализ теоретических и экспериментальных исследований и ют оттого состава ядер водорода в КЛ, выполненных до начала проведенных работ.

Обнаружение р в работах на ускорителе, а также сложившиеся в фишке элементарных частиц представления о симметрии частиц и античастиц погволяли предположить существование во Вселенной областей аггтимагерии в виде антизвезд, антигалактик. Развитие этих представлений стимулировало экспериментальный поиск генерируемых при взрывах звезд из антиматерии р и антиядер, обнаружение которых в ГКЛ явилось бы аргументом в пользу существования антиматерии во Вселенной. В теоретическом плане в то же время началась детальная ра(работка различных симметричных по отношению к веществу и антивеществу космологических моделей, описывающих как раннюю стадию рождения Вселенной, 1ак и механизмы разделения областей материи и агт гимагерии. Анализ причин возникновения барионной асимметрии Вселенной был предпринят А.Д.Сахаровым |1),

предположившим впервые возможность приближенного характера закона сохранения барионов, нарушения СР-инвариантности при нестационарных процессах расширения юрячсй Вселенной на сверхплотной стадии.

В результате поисков р в ГКЛ к концу 60-х юдов были достигнуты экспериментальные верхние пределы для р/р-огношения на уровне от 103 в области низких энершй до Ю'-Ш'1 при высоких энергиях, которые на два порядка превышачи полученные теоретические опенки для р из ядерных взаимодействий КЛ с межзвездной средой.

В области исследований "Н в ГКЛ, впервые зарегистрированных в середине 60-х годов на спутнике 1МР-Ш при энергии ниже 100 МэВ/нуклон с использованием ионизационных методов для определения скоростей и кинетической энергии частиц, в стратосферных экспериментах с использованием эмульсионного метода были получены к началу 70-х годов достаточно грубые оценки для интенсивностей "Н и 2Н/4Не -отношения в энергетической области 0.1-0.6 ГэВ/нуклон и при энергии свыше 7.5 ГэВ/нуклон [2|.

Экспериментальная ситуация по поиску галактических р и регистрации "Н в ГКЛ стимулировала постановку отечественных экспериментов по исследованию этих актуальных проблем физики ГКЛ прежде всего в области сравнительно высоких энершй для уменьшения роли модуляционных эффектов в околосолнечном пространстве и вклада солнечных КЛ.

Вторая глава посвяшена описанию использованных методов измерений, исследованию основных физических параметров приборов и опенкам ожидаемою фона измерений. Основой для выбора метода регистрации р могло послужить либо отличие знаков электрических зарядов р и протонов, либо использование явления аннигиляции. Аннигиляцию р естественно использовать при регистрации р низких энергий, требующих постановки экспериментов при малых жесткостях геомапштного обрезания, что организационно не предст ашштось возможным на начальном этапе исследований. В связи с этим в основу выбранною метода измерений заложено различие в отклонениях заряженных частиц разно! о знака при их движении в иоле постоянною матита, величина коюрых позволяла измерить жесткости частиц, в сочетании с использованием снинтилляционных и черенковских детекторов для определения величины заряда частин и раделения частип но скорости. Метод мапштною спекфометра продемонстрировал высокую эффективность к концу 60-х юдов в различных экспериментах

на ускорителях (в частности, при открытии р), при первой регистрации позитронов в ст ратосферных полетах в середине 60-х годов.

Возможности подъема магнитных спектрометров к границе атмосферы определили на начальном этапе исследований нижний энергетический предел поиска р порядка 2 ГэВ, связанный с жесткостью геомагнитною обрезания (3.0-3.5 ГВ) в районе проведения стратосферных полетов. Выбор верхнего энергетического предела измерений порядка 5 ГэВ ограничивался в основном разрешением прибора по жесткости. При регистрации "Н в ГКЛ нижние энергетические пределы измерений 0.8-0.9 ГэВ/нуклон определялись эффективной жесткостью 1еомашитного обрезания на трассах полетов, а верхние энергетические пределы 1.6-1.7 ГэВ/нуклон задавались требованием полного исключения из регистрации первичных протонов, минимальная энергия которых зависела (акже о! геомшнитной пороговой жесткости и соответствовала 2.0-2.7 ГэВ.

Баллонные магнитные спектрометры (МСБ1-4), принципиальные схемы которых представлены на рис.1, состояли из управляющего ¡елескопа из еншгтилляциопных (С1-С5) и черенковских (41-42) детекторов, офаничивающих направления прихода регистрируемых частиц и разделяющих частицы но скорости и величине заряда; постоянного магнита (М) для отклонения заряженных частиц; системы искровых камер (ИК1-ИК4) для трехмерной регистрации траекторий пролета частиц через прибор, измерения их жесткости и определения знака заряда: управляющей и регистрирующей электроники. Газовый черепковский детектор (41) с порошми черепковского излучения, соо|встствуюшими лоренц-фок горам ог 3.1 при регистрации р в энергетическом диапазоне 0.2-2.2 ГэВ в высокоширотных полетах до 6.1 при измерениях при энергиях 2-5 ГэВ и 2.6-2.8 при регистрации "Н, служил для разделения чаетип но скорости и защиты от фона мюонов и электронов высоких энергий при регистрации р и первичных прогонов при раиетрации 2Н. Сцингилляционные счетчики С2 и СЗ, включенные в режим ангисовпадений с С1 и С4, использовались для защиты от фона ядерных взаимодействий в материале маг пита и частично защищали от фона ядерных взаимодействий в материале, расположенном выше граекторной части прибора. Защита от альбедных частиц, которые могли имитировать регистрацию р, обеспечивалась врсмяпролетным анализом сиг налов с снинтилляционных счетчиков С1 и С4 и, на начальном этапе

ФТИ N1 СБ 1

Cl IÍK!

IÍZ]

I I. i !:■

■ г}

-4—,

ИК2

C'2

м

C3 HKJ

Z!

! T

20 с»

ti M

41

C4

42

ФТИ MC Б 2-4

¡ z

1 « í !¿r_, í

4=1

i

I )

20 см

Cl ИК!

RK.2

C2

M

С?

икз

ИК4

CS

ГЧС С4

Ul

Рис.1. Принципиальные схемы машитных спектрометров ФТИ.

экспериментов. направленным черепковским счетчиком 42. Приборы размещались т= герметичных теплозащитных контейнерах.

Естественный фон однозарядных частиц, прежде всего агм(х-ферных мюонов вблиш уровня моря, позволял проводить необходимую предполетную настройку детекторов приборов, определять основные физические параметры магнитных спектрометров, включая эффективные Iеометрические факторы приборов и их зависимость от жесткости регистрируемых частиц, эффективность защиты от фоновых частиц в исследуемых энергетических диапазонах. По результатам полетов магнитного спектрометра МСБ-1 в 1969-1971 п. и наземным измерениям автором диссертации была выяснена отрицательная роль при регистрации р однократных рассеяний частиц в материале траекторной часги прибора и сведено к минимуму количество этого вещества, а также разработана методика настройки тазового черенковского детектора, позволившая снизить возможную регистрацию фоновых электронов и атмосферных мюонов в области высоких энергий, составлявшую от единиц до десятков процентов в первых полетах, до уровня 0.2'! от их ноIоков на стратосферных высотах, обеспечить стабильность этого параметра. По результатам проведенных экспериментальных исследований н аналитических оценок фоновых условий измерений был достигнут уровень необходимых параметров прибора, позволяющий провести регистрацию р в ГКЛ на уровне р/р-отношения порядка 10"4 в энергетической области 2-5 ГэВ и низкофоновыс измерения потока дечтонов при энергии порядка 1 ГэВ/нуклон.

В третьей главе диссертации, посвященной анализу полученных эки'ернменгалмгмх данных, после общего описания условий проведенных 1. г972-1990 п. стратосферных полетов на высотах при давлении остаточной атмосферы порядка 10 г/см2 и процедуры обработки полетной информации прежде всего представлены результаты предполетных калибровок магнитных спектрометров. На основании проведенных измерений и с учетом современных данных о наземных спектрах мюонов с положительным и отрицательным знаками зарядов, определены эффективные геометрические факторы приборов при жесткостях свыше 0.8 ГВ. Эти параметры, необходимые для определения абсолютных значений интенсивностей регистрируемых частиц, регулярно контролировались и равнялись в разные периоды измерений от 0.83 до 1.27 см" ср. Полученные с учетом этих данных и зависимости геометрического фактора от жесткости частиц в области жесткостей

меньше 0.8 ГВ наземные интенсивности низкоэнергетичных мюонной и электронной компонент, а также атмосферных протонов в диапазоне жесткостей 0.4-4 ГВ хорошо согласуются с результатами зарубежных измерений, выполненных вблизи уровня моря с помощью магнитных спектрометров.

Из анализа спектра оислонений мюонов (отклонение - величина, обратная жесткости) с отрицательным знаком заряда при наземных измерениях определялся один из основных параметров - эффективность регистрации релятивистских мюонов. В связи с тем, что при пороговом лоренц-факторе порядка б при релятивистских энергиях мюонов и электронов фотоумножителем в газовом черенковском детекторе регистрировалось конечное число фотоэлектронов (порядка 6.2-6.5). существовала конечная вероятность отсутствия черенковскош сигнала при высоких энергиях и такие события в полете moi ли имитировать регистрацию р. На основе проведенных калибровок средняя вероятность просчета электронов и мюонов с лоренц-факторами больше 20 составляла в период полетов (1.7-2.4) 10"\ что обеспечило вероятный вклад этою источника фона при измерениях р с энергией 2-5 ГэВ на порядок величины меньший измеренной ишенсивносж р.

При анализе полетных спектров отклонений в поле магнита спектрометра однозарядных частиц наиболее тщательно при поиске 1 алактических р с энергией 2-5 ГэВ исследовалась область отрина|ельных отклонений в диапазоне 0.3-1.0 ГВ"1, соответствующая pci истрании галактических р и вторичных р из ocrai очной атмосферы. Критериями отбора галактических р были следующие:

1. заряд регистрируемой частицы равен единице, и она проходит через прибор сверху (информация с сцинтилляиионных счетчиков Cl. С4 и направленного черенковского счетчика 42);

2. кривизна траектории соответствует прохождению частицы, имеющей отрицательный знак заряда (данные с искровых камер);

3. нет сигнала с газовою черенковскою счетчика 41;

4. жесткость частицы превышает вертикальную пороювую жесткость в месте измерения, т.е. -3 ГВ;

5. частица одна (информация с искровых камер);

6. точка поворота траектории (i.e. точка пересечения прямолинейных участков траектории выше и ниже Maiшпа) расположена Biiyipii магнита;

7. боковая проекция траектории (в направлении параллельном Mai нитному полю) в пределах точности по углу -4 прямолинейна:

8. наклон траектории в искровых камерах, расположенных выше матнита одинаков; то же самое для искровых камер ниже магнита;

9. исключена возможность рассеяния вблизи стенок магнита и краев искровых камер.

В четырех стратосферных полетах в период 1972-1977 гг. машинного спектрометра МСБ-1 на высотах с давлением остаточной атмосферы -10 г/см" при 1еоматнитных порогах 2.6-3.2 ГВ было зарегистрировано 2 события, удовлетворяющие критериям отбора галактических р с энергией 2.2-5.0 ГэВ. Общее число первичных прогонов в этом энергетическом диапазоне после исключения с помощью расчета протонов из остаточной атмосферы равнялось 4290. Число возможных фоновых событий за время экспозиции, с учстом современных данных об атмосферных р [3], спектрах мюонов и электронов на высотах полетов и данных предполетных калибровок о эффективности ре!истрации фоновых релятивистских мюонов и электронов, равнялось 0.41 для вторичных р, 0.14 - для электронов и 0.07 - для мккшов. Вклад остальных возможных фоновых событий практически отсутствовал. С учстом сечений взаимодействия про гонов и р в остаточной атмосфере и ма1ериалс верхней части спектрометра после пересчета экспериментальных данных к фанине атмосферы (коэффициент псрссчста 1.08) впервые измеренное р/р-огношенис было равно:

р/р (2.2-5.0 ГэВ) = (5.0 ^ 2 Н0"4 ß следующих полетах 1979-1980 гг. удалось увеличить статистику первичных протонов до 5400 и снизить оценку измеренного р/р-OI ношения на 20%.

В 1986-1987 гт. с целью увеличения статистической достоверности измерений потока галактических р и р/р-отношения в энер! ет ической области 2-5 ГэВ были проведены два длительных полета мапштного спектрометра МСБ-З с н-ва Камчатка при пороговой жесткости геомшнштного обрезания по трассе полета 2.8-3.0 ГВ. Полеты проходили в машитоспокойное время в период вблизи минимума солнечной активности при эффективном давлении остаточной атмосферы 9.1-9.3 i/ем". В первом полете было зарегистрировано 1 событие, удовлетворяющее критериям отбора р, и 4940 первичных протонов, во вгором полете число событий было, соответственно. 2 и 7270. Таким

образом, за период 1972-1987 п. общая статистика р составила 5 событий и суммарное число первичных протонов в исследуемом энергетическом диапазоне равнялось 17610. Зарегистрированный в 19721987 гг. спектр отклонений частиц при измерении р представлен на рис.2. Расчетное суммарное число атмосферных р ¡а время экспо шпии. которые принципиально были не отличимы от галактических р, составило 1.24, электронов - 0.43 и мюопов - 0.21 событий. С учетом числа фоновых событий при пересчете к фанице ащоеферы резульгаш проведенных исследований галактических р соответствовали: р/р (2.2-5.1 ГэВ) = (1.8 ^ 2Х ) 10'4. с» р/с1Е (2.2-5.1 ГэВ) = (3.1 )-1(Г2 (м2-ср- с • ГэВ)"1.

В 1984-1985 гг. с целью проведения измерений потока галактических р в энергетической облает 0.2-2 ГэВ были проведены 2 высокоширотных стратосферных эксперимента на трассе г.Воркута -Кольский п-ов. где порога геомагнитною обрезания (0.6-0.7 ГВ) позволяли снизить нижний энергетический предел измерений р до 0.2 ГэВ. Снижение верхнею энергетическою предела измерений с 5 ГэВ до 2 ГэВ было связано с необходимостью исключения фона отрицательных мюонов с жесткостью свыше 0.5 ГВ вблизи нижнею энергетического предела решетрации р. Выбор порогового лоренц-фактора 1а «тою черепковского счетчика порядка 3 обеспечивал эффективную (свыше 0.999) зашиту от фона мюонов и электронов с жесткостью свыше 0.4 ГВ за счет возрастания числа фотоэлекIронов с кагода фотоумножителя при повышении давления этилена в черепковском детекторе до ~50 атм.

В результате проведенных на высотах с остаточным давлением 10.0-11.3 1/ем* стратосферных полетов с магнитными спскфометрамн МСБ-2 и МСБ-3 в спектре отклонений однозарядных частиц было заре!иетрировано 1 событие, удовлетворяющее всем критериям оIбора для галактических р с энергией 0.2-2 ГэВ. После исключения с помощью Монте-Карло моделирования атмосферных прогонов, общее число тре1 истрированных »а время экспозиции первичных протонов составило 14510. Возможный фон измерений за счет р. рождающихся в ост а|очной атмосфере над приборами, в исследуемом энергетическом диапазоне был оценен на уровне ниже 0.31 события при практическом огеутствии дружх источников фона. В связи с тем, что с вероятностью свыше 13'/< такой ,

Отклонение, ГВ ' Оплааеявс, Гв '

Рис.2. Спектры отклонений частиц, зарегистрированные магнитным спектрометром, при измерении

р с энергией 2- 5 ГэВ « 1972- 1987 п. и 'Н с энергией 0.8- 1.7 ГэВ/нуклон в 1990 I.

источник фона отсутствует, измеренные р/р-отношение и интенсивность галакт ических р после пересчета к границе атмосферы равнялись:

р/р (0.2-2.2 ГэВ) = (6.2!j4,3)-10"5,

dl -pldE (0.2-2.2 ГэВ) = (2.6 НО"2 (м2ср• с • ГэВ)'1. Стратосферные эксперименты в Заполярье в 1984-1985 гг. были проведены в период между минимумом и максимумом солнечной активности при отрицательной полярности магнитного поля Солнца, охватывающей период 1981-1988 гг.

Впервые измерения интенсивности 2Н и "Н^Не-отношения в энергетической области 0.87-1.55 ГэВ/нуклон проведены в стратосферном полете при среднем давлении остаточной атмосферы 10.3 г/см2 в 1975 г. вблизи минимума солнечной активности. Жесткость геомагнитного обрезания 3.1 ГВ на трассе полета определила нижний энергетический предел регистрации "Н и ядер гелия-4. Верхний энергетический предел измерений, определяемый выбором порогового лоренц-фактора газового черепковского детектора, равного 2.65, соответствовал жесткости для протонов 2.3 ГВ и заведомо исключал регистрацию первичных протонов в зарегистрированном спектре отклонений однозарядных частиц. 8 событий в ожидаемой области отклонений для *Н были исключены по результатам анализа сшналов с нижнего сцинтилляционного счетчика С4. т.к. являлись результатом ядерных взаимодействий первичных протонов в материале газового черенковского детектора и все продукт ы взаимодействий имели скорости ниже порога возникновения черенковскиги излучения. Соответствующий интегральный ноток таких фоновых событий (5.5*19) (м2-ср-с)"' хорошо сотласовывался с ожидаемыми по данным GEANT моделирования [4] на уровне 5.3 (м2-ср с)"1. 46 событий были интерпретированы как ядра гелия по данным амплитудного анализа сцинтилляционных детекторов, а 14 событий - как дейтоны. После исключения с помощью расчета атмосферных "H [5], поток которых был оценен в исследуемом энергетическом диапазоне на уровне 12% опт зарегистрированного спектрометром, измеренная на высоте полета интенсивность 2Н была экстраполирована к границе атмосферы с использованием величины 75 г/см" для длины поглощения 2Н в воздухе и материале верхней части прибора. В результат.; экстраполяции интенсивность ~Н на 1ранице атмосферы равнялась:

сИоц/сШ (0.9-1.6 ГэВ/нукл.) = (14.8!" ) (м2- ср -с ■ ГэВ/нукл.)"1.

Зарегистрированные в полете ядра гелия после учета поглощения в остаточной атмосфере и материале прибора с использованием для длины поглощения значения 45 г/см2 и небольшой поправки на вклад ядер гелия-3 с энергией 1.33-1.55 ГэВ/нукл. от геомагнитного порога до порога газового черенковского счетчика позволили определить 2Н/4Не-огношение на 1ранине ашосферы на уровне:

2Н/4Не (0.9-1.6 ГэВ/нукл.) = 0.25!°°® -

Жесткость геомагнитного обрезания на трассе полета не позволяла провести измерение интенсивности первичных прогонов в энергетической области 0.9-1.6 ГэВ, но в полете периодически регистрировался поток протонов с лоренц-факторами выше 2.65, позволивший измерить полный поток первичных прогонов с жесткостью выше 3.1 ГВ на границе атмосферы на уровне 903 ± 69 (м2- ср • с)"1, хорошо согласующийся со значением 900 (м2 ср с)'1, измеренным вблизи минимума солнечной активности в 1977 г. и 1987 г. [6,7]. Использование этих данных позволило оценить значение 2Н/'Н-отношсния вблизи минимума солнечной акт ивности на уровне:

2Н/'Н (0.9-1.6 ГэВ/нукл.) = 0.0 1 6 ^ Щ .

Измерения интенсивности Н и 2Н/4Не -отношения вблизи максимума солнечной активности были проведены в 1990 г. в энергетическом интервале 0.78-1.70 ГэВ/нуклон, определяемом жесткостью геомагнитного обрезания 2.9 ГВ и выбором порогового лоренц-фактора газового черенковского детектора на уровне 2.82. Измеренный спектр отклонений частиц показан на рис 2. После исключения событий, связанных с ядерными взаимодействиями первичных протонов в материале газового черенковского детектора, для того, чтобы снизить вероятность имитации регистрации 2Н за счет атмосферных протонов, имеющих из-за разрешения спектрометра по жесткости измеренную жесткость свыше 4 ГВ, и части первичных протонов в переходной области роста эффективности их регистрации газовым черепковским детектором вблизи геомагнитного порога (область пенумбры),для анализа 2Н был выбран диапазон отклонений 0.0-0.25 ГВ"1, где вклад таких протонов в поток 2Н был пренебрежим. На дневном участке полета при давлении атмосферы 11.2 г/см" и при 15.5 г/см2 в ночное время в этом интервале отклонений было зарегистрировано.

соответственно, 17 и 11 событий, интерпретированных как 2Н, и 60 и 32 ядер гелия. Полное число ядер гелия при эюм составило 107 и 65 событий, и, в связи с отсутствием проблем фона для ядер гелия, для распределения в спектре отклонений 2Н было использовано измеренное распределение для ядер гелия, которое должно быть идентично распределению для 2Н из-за равенства отношения заряда к массе. С использованием этого подхода для определения интенсивности 2Н на высотах полета после исключения с помощью расчета ожидаемой интенсивности атмосферных 2Н (19% и 23% от измеренной интенсивности) и пересчета к границе атмосферы интенсивность галактических 2Н в измеряемом диапазоне равнялась:

(Нзн/сШ (0.78-1.70 ГэВ/нукл.) = (7.5 ± 1.4) (м2 ср -с ГэВ/нукл.)"1.

Измеренная интенсивность ядер гелия-4 после экстраполяции к фаниие атмосферы с учетом вклада 9% ядер гелия-З с энергией 1.2-1.7 ГэВ/нуклон соответствовала 32.2 ± 2.5 (м2ср- с • ГэВ/нукл.)"1 для энергетической области 0.78-1.70 ГэВ/нуклон и 2Н/4Не -отношенние вблизи максимума солнечнной активности равнялось:

2Н/Не (0.78-1.70 ГэВ/нукл.) = 0.23 ± 0.05, в пределах точности измерений со!ласуясь с результатом для минимума солнечной активности.

Амплитудный анализ сигналов газового черепковского детектора выше порога возникновения черепковского излучения позволил измерить интенсивность первичных протонов в энергетической области 2.09-2.70 ГэВ и использовать эти данные для оценки интенсивности протонов в близкой энергетической области 0.8-1.7 ГэВ. На основании этой оценки и данных для измеренной интенсивности 2Н оценка для "Н/'Н-от ношения вблизи максимума солнечнной активности соответствовала:

2Н/'Н (0.78-1.70 ГэВ/нукл.) = 0.031 ± 0.006. Измеренные в полете интенсивности протонов и ядер гелия, а также наземные измерения интенсивностей мюонов и протонов хорошо согласовывались с результатами соответствующих зарубежных экспериментов, что являлось дополнительным свидетельством в пользу надежности полученных новых данных для галактических ~Н в минимуме и максимуме солнечнной активности. В период проведенных исследований галактических 2Н и р также впервые выполнены измерения интенсивностей и зарядового состава атмосферных мюонов на стратосферных высотах.

Четвертая глава диссертации посвящена сравнению результатов измерений ФТИ с современными экспериментальными данными для галактических р и 2Н и интерпретации выполненных исследований. В результате проведенного группой Р.Голдена из университета Нью-Мексико баллонного эксперимента с использованием сверхпроводящего магнитного спектрометра в 1979 г. было получено р/р-отношение в энергетической области 4.7-11.6 ГэВ на уровне (5.2 ± 1.5) 10"4 [8], возросшее при последующем анализе на основании регистрации 42 р до (6.8+1.7) 10"4 [9]. В 1980 г. группой А.Баффингтона из Калифорнийскою технологическою института с использованием регистрации аннигиляции р был ^роведен стратосферный эксперимент по измерению интенсивности р и р/р-отношения в энергетической области 0.13-0.32 ГэВ, давший на основании регистрации 14 событий, интерпретированных как р, неожиданно высокий результат для р/р-отношения на уровне (2.2 ± 0.6)-10"4 [10].

Обнаружение р в ГКЛ и полученные экспериментальные данные стимулировали теоретические исследования по уточнению спектра р, рождающихся при ядерных взаимодействиях KJI высоких энергий с межзвездной материей и других возможных источников р в космическом пространстве, которые могли объяснить результаты измерений р в энергетической области 0.1-0.3 ГэВ. В качестве источников р были рассмотрены реликтовые черные дыры, осцилляции нейтрон-антинейтрон, внегалактические объекты из антиматерии, процессы вблизи релятивистских астрофизических объектов, облака молекулярного водорода.

В 1987 г. после высокоширотных баллонных экспериментов ФТИ и американских PBAR и LEAP, получивших с помощью магнитных спектрометров верхние пределы для р/р-отношения в энергетической области 0.1-0.6 ГэВ на порядок величины ниже данных группы А.Баффинпона, стала очевидной ошибочность эксперимента 1980 г. Экспериментальные данные для р с энергией свыше 2 ГэВ первоначальнно были интерпретированы в рамках предположения о вторичной природе их происхождения, но более тщательные расчеты показали несовместимость прежде всего данных группы Р.Голдена с этим предположением и явились основанием для рассмотрения альтернативных гипотез об источниках р или изменения представлений о распространении различных компонент KJ1 в Галактике.

В 1991 г. в баллонном эксперименте MASS91 с усовершенствованным вариантом магнитного спектрометра группой Р.Голдена было измерено р/р-отношение в энергетическом диапазоне 3.7-19 ГэВ на уровне (1.24 ± 0.68)-Ю"4 [11-12] в 5.5 раза ниже данных измерений в 1979 i. [9], позволивших фактически получить лишь верхний предел для регистрации галактических р. Сравнение полетных спектров отклонений однозарядных частиц в экспериментах 1979 г. и MASS91, проведенное в диссертации, показывает, что основными источниками фона измерений 1979 г. были рассеяния протонов высоких энергий в мшериале трековой части спектрометра, мюоны из-за недостаточной аффективностн порогового черенковского детектора и пионы из ядерных взаимодействий в приборе. Таким образом, до 1991 г. только в отечественных измерениях, согласующихся^ современными данными, был достигнут необходимый уровень селекции р в ГКЛ.

В последующих экспериментах университета Нью-Мексико 1МАХ92, CAPRICE94.98 в энергетической области 0.25-49.1 ГэВ [13-15], выполненных в рамках международной коллаборации WIZARD (с усовершенствованными вариантами сверхпроводящего магнитного спектрометра с использованием, в частности, детекторов черенковских колец для селекции р); серии ниэкофоновых экспериментов коллаборации BESS в 1993-2000 гг. (с светосильным сверхпроводящим магнитным спектрометром, позволившим значительно повысить статистическую точность измерений интенсивности р и р/р-отношения в энергетическом диапазоне 0.18-4.2 ГэВ на основании анализа свыше 2000 антипротонов [16-19]); эксперименте HEAT в 2000 г. [20) коллаборации ряда американских университетов в энергетической области 4-50 ГэВ (с сверхпроводящим магнитным спектрометром и идентинфикатором релятивистских частиц на основе прецизионных измерений наиболее вероятных ионизнационных потерь регистрируемых частиц) были получены данные, в пределах погрешности измерений согласующиеся с результатами современных расчетов в рамках представлений о вторичной природе происхождения основной части потоков р в ГКЛ и их модуляции в гелиосфере [21]. Сравнение данных измерений спектров р и энергетической зависимости р/р-отнощения с современными расчетами для различной полярности магнитного поля Солнца и различных наклонах гс.шзого слоя представлено на рис.3. В экспериментах BESS99 и BESS00 в 1999-2000^ гг. было, в частности, зарегистрировано существенное возрастание р/р-отношения в период изменения полярности

магнитного поля Солнца с положительной на отрицательную [19], согласующееся с расчетами на основе моделей токового слоя [21]. Результаты измерений спектра р и энергетической зависимости р/р-отнощения позволили провести сравнение с существующими трехмерными диффузионными моделями распространения КЛ в Галактике с учетом конвекции, доускорения, определить параметры, связанные с распространением первичного^ космического излучения. Достигнутая гочность измерений спектра р и р/р-отиошения не исключает однако возможности существования дополнительных источнников р в космическом пространстве, связанных с анншиляцией массивных сунерсимметричных слабовзаимодействующих частиц в гало Галактики, испарением реликтовых черных дыр с массой до 1014 г, но дальнейший прогресс в этой области исследований требует выхода на прецизионный уровень точности измерений и расширения энергетического диапазона измерений в область прежде всего высоких энергий.

В области исследований 2Н в ГКЛ, начиная с измерений в энергешческой области 0.12-0.44 ГэВ/нуклон в баллонном эксперименте MASS89 [22] и эксперименте IMAX92 [23] в энергетическом диапазоне 0.4-2.9 ГэВ/нуклон, выполненных группой Р.Голдсна, а также в стратосферных измерениях коллаборации BESS в 1993-1995 гг. при энергиях 0.2-1.2 ГэВ/нуклон [24,25] и космическом эксперименте AMS на шаттле Дискавери в 1998 г. в энергетической области 0.09-0.85 ГэВ/нуклон 126] , был достигнут существенный прогресс в измерениях спектра галактических 2Н, "Н/Не- и 2Н/'Н-отношений в различных фазах солнечной активности. В области высоких энергий 14-19 ГэВ/нуклон коллаборацией WIZARD в баллонном эксперименте CAPRICE98 было проведено измерение 2Н/'Н -отношения. Все измерения выполнены с использованием различных вариантов магнитных спектрометров.

Сравнение полученных данных с результатами измерений 2Н, представленными в диссертации, показало в целом хорошее взаимное согласие совокупности экспериментальных данных, согласие результатов измерений с расчетами [22,24,25,27], выполненными в 90-е годы в рамках представлений о рождении 2Н в ядерных реакциях первичных KJ1 с межзвездной средой с использованием параметров распространнения КЛ в Галактике на основе исследований ядерной компоненты КЛ при учете модуляции в околосолнечном пространстве. Результаты сравнения полученных к настоящему времени данных о спектрах 2Н в различных

фазах солнечной активности и энергетических зависимостях 2Н/4Нс- и "Н/'Н-отношсний с наиболее полными расчетами [27] представлены на рис.4. Превышение измеренных ингснсивностей 2Н в энергетической области 0.1-0.5 ГэВ/нуклон по сравнению с расчетом с использованием параметров модуляции в период проведения экспериментов вблиш солнечного минимума, а также экспериментальных данных для 2Н/4Не-отношеггия указывают на необходимость проведения более тщательных расчетов для выяснения причин рассогласования. Значительное отличие экспериментальных данных для интенсивностей 2Н, "Н^Не- и 2Н/'Н-отношений в области высоких энергий порядка 10 ГэВ/нуклон от расчсга свидетельствует о том, что экспериментальные данные в этой энергетической области, вероятно, являются пока только верхними пределами измерений.

Полученное согласие данных измерений при регисграции р и 2Н в ГКЛ с расчетами приводит к заключению, чго источником их генерации являются ядерные взаимодействия первичных прогонов и ядер гелия в межзвездной среде и нет существенного различия в процессах и параметрах распространения протонной, гелиевой и ядерной компонент КЛ в Галактике. Обнаружение р в ГКЛ позволило авгору диссертации впервые получить астрофи шческую оценку нижнего предела времени жизни р на уровне 10°-107 лет, значительно превышающую предел -1700 часов, существовавший к началу 80-х годов [28] и близкий к достигнутому в настоящее время пределу (4-7) 105 лет [29] с использованием прямых экспериментов на ускорителях, а проведенные измерения интенсивностей р и р/р-01 ношения - впервые оценить верхний предел для концентрации в Галактике реликтовых черных дыр с массой менее 1014 г на уровне 10ч пс'"\ согласующемся с современной оценкой 1.2 - К)5 не"3 [30] на основе совокупности данных наблюдений галактических р. Проведенный в диссертации анализ »оказывает, что доля первичных р от т ипотетических объектов из антиматерии не можег превышать НГ'-Ш'2 наблюдаемого интегрального потока р. Еше более жесткие ограничения могут бьгть получены с использованием данных исследования космического гамма-излученния.

В пятой главе диссертации обсуждаются перспективы стратосферных и космических исследований р и 2Н в ГКЛ, направленных на повышение точности и расширение энергетического диапазона измерений с целью поиска возможных источников первичных р в космическом пространс/ве и получения данных о 2Н в области высоких

к»

vC

Е. ГэВ/нуклон Е. ГэВ/нуклон

Рис.4. Интенсивность дешонов и "Н / "Не- и "Н/р- отношения в галактических космических лучах.

Эксперименты: соллшн. * ФТИ75, ▼ IMAX92, А BESS93, • BESS94. ■ BESS95, X AMS98, ► Аррагао,

♦ CAPR1CE98; сол.макс. * ФТИ90, А MASS89. Расче!:-соя.мин.(0.4-0.6 ГВ),......сол.макс. (1.4-1.6 ГВ) [27].

энергий до десятков ГэВ/нуклон. Интерес к исследованиям прежде всего в области высоких энергий потребовал разработки новых методов селекции частиц по массе. В святи с этой задачей автором диссертации было предложено и обосновано использование в магнитных спектрометрах для определения скоростей частиц идентификаторов релятивистских частиц высокого давленния, не применявшихся ранее в практике баллонных и космических исследований и основанных на прецизионном измерении наиболее вероятных ионизационных потерь частиц в многослойных газовых детекторах. Проведенная автором разработка баллонного магнитного спектрометра СТРАТОМАГ, советско-финского космического спектрометра SFINCS и идентификатора релятивистских частиц для коллаборации WIZARD позволяла расширить диапазон планируемых измерений р до 50 ГэВ, 2Н до 30 ГэВ/нуклон, позитронов до 50 ГэВ и атмосферных мюонов до 35 ГэВ. При моделировании ионизационных потерь в идентификаторах с использованием программы GEANT были обнаружены дополнительные возможности повышения эффективности выделения 2Н с энергией десятки ГэВ/нуклон из потоков фоновых частиц но сравнению с аналитическими оценками и предприняты шаги по экспериментальной проверке предсказаний с использованием данных, зарегистрированных в тонких полупроводниковых детекторах калориметра в баллонном эксперименте CAPRICE94, которые в целом подтвердили наметившуюся тенденцию. С начала активного участия ФТИ с 1996 г. в подготовке международного космического эксперимента с магнитным спектрометром PAMELA, нацеленного, в частности, На прецизионные измерения спектров галактических р, позитронов в энергетической области 0.1-200 ГэВ и Изотопного состава легких ядер, по инициативе автора было проведено моделирование с использобанием GEANT различных аспектов фоновых условий орбитальных измерений и обоснован ряд предложений по улучшению физических параметров прибора, запуск которого запланирован на начало 2004 г.

В Заключении диссертационной работы сформулированы основные ее выводы и полученные результаты.

1. Разработана методика стратосферных исследований £ помощью баллонного магнитного спектрометра интенсивностей р в ГКЛ в энергаическом диапазоне 0.2—5.1 ГэВ, 2Н в энергетической области

0.8-1.7 ГэВ/нукл., спектров и «рядового состава атмосферных мюонов с энергией свыше 0.1 ГэВ.

Создана не имеющая аналогов в нашей стране серия аэростатных магнитных спектрометров для исследования спектров и состава однозарядной компоненты космических лучей. С помощью созданных магнитных спектрометров впервые проведены в стратосфере при остаточном давлении ~10 г/см2 (30-32 км) исследования ингенсивностей галактических р в энергетическом диапазоне 0.2-5.1 ГэВ, 2Н с энергией 0.8-1.7 ГэВ/нукл., спектров и зарядового состава атмосферных мюонов при различных параметрах солнечной активности. Результатами исследований явились:

обнаружение впервые в составе ГКЛ р с энергией 2.2—5.1 ГэВ и 0.2-2.2 ГэВ, _

измерение р/р-огношений в ГКЛ в энергетической области 0.2-5.1 ГэВ,

измерение интенсивноетей галактических р в энергетическом диапазоне 0.2-5.1 ГэВ,

получение впервые экспериментальной астрофизической оценки нижнего предела времени жизни р на уровне ~106—107 лет, достигнутого только в последние годы в прямых экспериментах на ускорителях,

получение верхней) предела для концентрации в Галактике реликтовых черных дыр с массой ниже ~1014 г на уровне ~105 пс'3, измерение интенсивности галактических 2Н, 2Н/4Не- и 2Н/]Н-отношений в неисследованной ранее энергетической области 0.8—1.7 ГэВ/нукл. в периоды вблизи максимума и минимума солнечной активности,

измерение впервые интенсивноетей и зарядового состава атмосферных мюонов на стратосферных высотах в энергетической области 0.1-0.6 ГэВ.

Проведенный в диссертации ретроспективный анализ результатов измерений р и :Н с учетом современных прецизионных данных по атмосферным мюонам вблизи уровня моря, использованных при калибровках магнитных спектрометров ФТИ, и современных

экспериментальных данных и расчетов для фоновых интенсивное!ей вторичных частиц вблизи границы атмосферы показал в целом хорошее согласие вновь полученных данных на фанице атмосферы с опубликованными ранее и с современными данными измерений р и 2Н в ГКЛ.

6. Проведенный анализ показал, что со времени первой регистрации антипротонов в баллонных экспериментах ФТИ в 1974 г. до эксперимента MASS91, выполненного коллаборацией WIZARD в

1991 г., измерения i алактических р в энергетическом диапазоне 3

0.2-5.1 ГэВ, проведенные ФТИ в период 1972-1987 гг., были единственными, согласующимися с современными данными по t

- v

исследованию р, что указывает на несомненный приоритет ФТИ в обнаружении р в ГКЛ, так как все зарубежные эксперименты в этот период фактически давали только верхние пределы измерений р.

7. Высокоширотные измерения интенсивности р и р/р-отношення в энергетическом диапазоне 0.2-2.2 ГэВ, выполненные ФТИ впервые в период отрицательной полярности магнитного поля Солнца в 1984-1985 гг., дали первое указание на спад энергетической зависимости р/р-отношения в области энергий р ниже -2 ГэВ. интерпретированного автором как свидетельство в пользу предположения о вторичной природе источников основною потока р в космических лучах и генерации р в ядерных взаимодействиях космических лучей с межзвездной материей.

8. Измерения интенсивностей р и энергетической зависимости р/р-отношения впервые проведены ФТИ в периоды положительной и * отрицательной полярности магнитного поля Солнца.

9. Проведенные измерения р, генерируемых в основном протонной компонентой космических лучей, и 2Н, рождающихся в измеренной ♦ энергетической области в результате ядерных взаимодействий ядер 1слия с межзвездным веществом, в сравнении с расчетами, основанными на параметрах распространения космических лучей в Галактике, полученных при исследовании ядерной компоненты ГКЛ.

дают указание на то, что основные пространственные н энергетические параметры распространения в Галактике для всех

компонент космических лучей от протонов до ядер в первом приближении одинаковы.

И). В методическом плане впервые предложено и обосновано использование идентификатора релятивистских частиц с многослойными пропорциональными камерами высокого давления для эффективного разделения но массе однозарядных частиц в первичном и вторичном космическом излучении в энергетической области до десятков ГэВ.

И. По инициативе и под руководством автора диссертации впервые на основе Монте-Карло моделирования разработана 1Лобалытая модель для высотных, угловых зависимостей вторичного космического излучения (мюонов, прогонов, нейтронов) от полярных до экваториальных широт для различных периодов солнечной акшвности. использованная, в частности, для обобщения данных, полученных ФТИ в баллонных и самолетных исследованиях вторичного космического излучения в атмосфере.

12. На основе Монте-Карло моделирования с использованием GEANT разработаны и в значительной мере реализованы предложения по улучшению параметров магнитного спектрометра PAMELA для эксперимента, планируемого в рамках международного космического проекта с участием лаборатории Космической спектрометрии ФТИ РАН для измерений спектров и состава ГКЛ в широкой энергетической власти.

список цитированнной литературы

1. Сахаров А.Д. Письма в ЖЭТФ. 1967. Т.5. С.32.

2. Apparao K.M.V. Proc. 13th Intern. Cosmic Ray Confer. Denver. 1973. V.l. P. 126.

3. Stephens S.A. Astropart. Phys. 1997. V.6. P.229.

4. GEANT. CERN program library http:// www.info.ccrn.eh/abd /^eam4/ geant4.html.

5. Papini P., Grimani C., Stephens S.A. Proc. 23rd Intern. Cosmic Ray Confer. Calgary. 1993. V.l. P.503.

6. Webber W.R., Le/niak J.A. Astrophys. Space Sei. 1974. V.30. P.361.

7. Seo E.S., Ormes J.F., Streitmatter R.E. et al. Astrophys. J. 1991. V.378. P.763.

8. Golden R.L.. Horan S., Mauger B.G. et al.,Phys, Rcv~lett,-4979. V.43. p | 1% I ЮС. НАЦИОНАЛЬНА*

МБЛИОТЕКЛ f

ê* ЙммАм^ ч

«t m и» _!

9. Golden R.L., Mauger B.G., Nunn S., Horan S. Astrophys. Lett. 1984. V.24. P.75.

10. Buffington A., Schindler S.M., Pennypacker C.R. Astrophys. J. 1981. V.248. P. 1179.

11. Hof M., Menn W., Pfeifer C. et al. Astrophys. J. 1996. V.467. L33.

12. Basini G., Bellotti R., Brunetti M.T. et al. Proc. 26th Intern. Cosmic Ray Confer. Salt Lake City. 1999. V.3. P.77.

13. Mitchel J.W., Barbier L.M., Christian E.R. et al. Phys. Rev. Lett. 1996. V.76. N17. P.3057.

14. Boezio M., Carlson P., France T. et al. Astrophys. J. 1997. V.487. P.415.

15. Boezio M.. Bonvicini V., Schiavon P. et al. astro-ph/0103513 30 Mar 2001.

16. Moiseev A.. Yoshimura K., Ueda I. et al. Astrophys. J. 1997. V.474. P.479.

17. Onto S., Moeno T.. Matsunaga H. et al. Phys. Rev. Lett. 2000. V.84. P. 1078.

18. Moeno T., Onto S., Matsunaga H. et al. astro-ph/0010381 vl 19 Oct 2000.

19. Asaoka Y., Shikaze Y., Abe K. et al. astro-ph/0109007 vl 2 Sep 2001.

20. Beach A.S., Beatty J.J.. Bhattacharyya A. et al. astro-ph/01111094 vl 5 Nov 2001.

21. Moskalenko I.V., Strong A.W., Ormes J.F., Potgieter M.S. Astrophys. J. 2002. V.565. P.280.

22. Webber W.R., Golden R.L., Stochaj S.J. et al. Astrophys. J. 1991. V.3R0. P.230.

23. De Nolfo G.A., Barbier L.M., Christian E.R. et al. Acceleration and Transport of Energetic Particles Observed in the Heliosphere: ACE 2000 Symposium, edit by R.A.Mewaldt et al. P.425.

24. Wang J.Z., Sco E.S., Anraku K. et al. Proc. 26th Intern. Cosmic Ray Confer. Silt Lake City. 1999. V.3. P.37.

25. Seo E.S., Matsunaga H., Anraku K. et al. Proc. 25th Intern. Cosmic Ray Confer. Durban. 1997. V.3. P.373.

26. Lamanna G., Alpat B., Battiston R. et al. Proc. 27th Intern. Cosmic Ray Confer. Hamburg. 2001. P. 1614.

27. Seo E.S., McDonald F.B., Lai N.. Webber W.R. Astrophys. J. 1994. V.432. P.656.

28. Bell M., Calvetti M„ Carron G. et al. Phys. Lett. 1979. V.86B. N 2. P.215. , ; <

29. Geer S., Marrincr J., Martens M. et al. Phys. Rev. Lett. 2000. V.84. N 4. P.590.

30. Barrau A., Boudoul G„ Donato F. et al. astro-ph/0112486 vl 20 Dec 2001.

МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ; Bogomolov Е.А., Lubyanaya N.D., Romanov V.A. Proc. 12th Intern. Cosmic-Ray Confer. Hobart. 1971. V.5. P. 1730.

Богомолов Э.А.. Лубяная Н.Д., Романов В.А., Тотубалина М.Г. Изв. АН СССР. Сер. физ. 1971. T.XXXV. N 12. С.2448.

Богомолов Э.А., Лубяная Н.Д., Романов В.А., Степанов С.В., Шулакова М.С. Изв. АН СССР. Сер. физ. 1979. Т.43. N12. С.2487. Bogomolov Е.А., Lubyanaya N.D., Romanov V.A., Stepanov S.V., Shulakova M.S.- Proc. 16th Intern. Cosmic Ray Confer. Kyoto. 1979. V.L Р.ЗЗО.

Bogomolov E.A., Lubyanaya N.D., Romanov V.A., Stepanov S.V., Shulakova M.S. Proc. 17th Intern. Cosmic Ray Confer. Paris. 1981. V.9. P. 146.

Богомолов Э.А., Лубяная Н.Д., Романов B.A., Степанов С.В., Шулакова М.С. Иш. АН СССР. Сер. физ. 1982. Т.46. N9. С. 1653. Богомолов Э.А., Васильев Г.И. Изв. АН СССР. Сер. физ. 1984. Т.48. N П. С.2087.

Bogomolov Е.А.. Vasilyev G.I., lodko M.G., Krut'kov S.Yu., Lubyanaya N.D., Romanov V.A., Stepanov S.V., Shulakova M.S. Proc. 19th Intern. Cosmic Ray Confer. La Jolla. 1985. V.2. P.362. Bogomolov E.A., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu., Lubyanaya N.D., Romanov V.A., Stepanov S.V., Shulakova M.S. Proc. 20th Intern. Cosmic Ray Confer. Moscow. 1987. V.2. P.72.

Васильев Г.И., Богомолов Э.А. Изв. АН СССР. Сер. физ. 1988. Т.52. N 12. С.2448.

Bogomolov Е.А., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu., Lubyanaya N.D-, Romanov V.A., Stepanov S.V., Shulakova M.S. Proc. 21st Intern. Cosmic Ray Confer. Adelaida. 1990. V.3. P.288.

Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Разоренов Л.А. Краткие сообщения по физике ФИАН. 1993. N 11-12. С.73.

Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Крутьков С.Ю., Степанов С.В.,

Шулакова М.С., Разоренов J1.A. Краткие сообщения по физике ФИАН. . 1994. N 1-2. С.36. Богомолов Э.А., Васильев Г.И.. Кругьков С.Ю., Шулакова М.С.. Разоренов Л.А. Краткие сообщения по физике ФИАН. 1994. N 1-2. С.41. Bogomolov Е.А., Vasilyev G.I.. Krufkov S.Yu.. Stepanov S.V., Shulakova M.S. Proc. 24ht Intern. Cosmic Ray Confer. Rome. 1995. V.2. P.598.

Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Кругьков С.Ю., CienaHOB C.B.. Шулакова M.C. Изв. АН СССР. Сер. физ. 1995. Т.59. N4. С. 145. Богомолов Э.А., Васильев Г.И. Изв. АН СССР. Сер. физ. 1997. Т.61. N 0. С.1191.

Богомолов Э.А.. Васильев Г.И., Кругьков С.Ю., Романов В.А., Степанов С.В., Шулакова М.С. Журн. тех. физ. 1999. Т.69. Вып.9. С.99. Bogomolov Е.А., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu., Romanov V.A., Stepanov S.V.. Shulakova M.S. Technical Physics. 1999. V.44. N9. P. 1089. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Кругьков С.Ю. Научная сессия МИФИ-99. Сборник науч. трудов. М.: МИФИ. 1999. Т.4. С.50. Bogomolov Е.А., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu., Stepanov S.V., Shulakova M.S. 18th European Cosmic Ray Symposium. Moscow. 2002. OOl.l.

Богомолов Э.А., Васильев Г.И.. Крутьков С.Ю., Степанов С.В.. Шулакова М.С. Изв. РАН. Сер. физ. 2003. Т.67. N 4. С.537. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Кругьков С.Ю. Изв. РАН. Сер. физ. 2003. Т.67. N 4. С.448.

Богомолов Э.А., Иванов К.Г., Романов В.А., Степанов С.В.. Шулакова М.С. Препринт N 626. ФТИ АН СССР. Л. 1979. 28 с. Богомолов Э.А.. Романов В.А., Степанов С.В., Шулакова М.С. Препринг N 629. ФТИ АН СССР. Л. 1979. 41 с.

Богомолов Э.А., Лубяная Н.Д.. Романов В.А., Степанов С.В., Шулакова М.С. Препринт N 666. ФТИ АН СССР. Л. 1980. 31 с. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Гуиько Н.А. Препринт N 736. ФТИ АН СССР. Л. 1981. 59 с.

Bogomolov Е.А.. Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu. Preprint N 1729. IPTI. S.-Petersburg. 1999. 30 p.

Bogomolov E.A., Torsti J., Kelha V. Project. Turku. 1991. 53 p. Богомолов Э.А. Диссертация канд. физ.-маг. наук. Л. ФТИ АН СССР. 1984. 115 с.

*

f»

¿7

Отпечатано в типографии ПИЯФ РАН 188300. Гатчина Ленинградской обл., Орлова роща Зак. 316, тир. 100, уч.-изд. л. 2,2: 07.07.2003 г.

§129 7 2

О.оо?-Д

10.^72

Введение.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ К НАЧАЛУ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Антипротоны и космология

1.2. Теоретические оценки потоков антипротонов в первичном космическом излучении.

1.3. Экспериментальный поиск галактических антипротонов.

1.4. Теоретические оценки потоков дейтонов в космических лучах.

1.5. Измерения потоков галактических дейтонов.

1.6. Выводы.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД.

2.1. Аэростатный магнитный спектрометр.

2.1.1. Управляющий телескоп.

2.1.2. Система регистрации.

2.1.3. Исследование основных параметров магнитного спектрометра (светосила, энергетическое разрешение, эффективность регистрации).

2.2. Ожидаемый фон экспериментов при регистрации антипротонов.

2.3. Выводы.

ГЛАВА 3. БАЛЛОННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО РЕГИСТРАЦИИ

ГАЛАКТИЧЕСКИХ АНТИПРОТОНОВ И ДЕЙТОНОВ

С ПОМОЩЬЮ МАГНИТНОГО СПЕКТРОМЕТРА.

3.1. Баллонные полеты.

3.2. Обработка информации.

3.3. Наземные измерения.

3.4. Результаты экспериментов по регистрации антипротонов.

3.5. Результаты измерений потоков дейтонов.

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Экспериментальные исследования галактических антипротонов.

4.2. Теоретическая интерпретация измерений потоков антипротонов.

4.3. Измерения потоков дейтонов.

4.4. Интерпретация измерений потоков дейтонов.

4.5. Выводы.

ГЛАВА 5. ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

АНТИПРОТОНОВ И ДЕЙТОНОВ В ГАЛАКТИЧЕСКИХ

КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧАХ.

5.1. Дальнейшие стратосферные исследования спектров антипротонов и дейтонов в космических лучах. '

5.2. Перспективы космических экспериментов по регистрации галактических антипротонов и дейтонов.

5.3. Выводы. 322 ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 330 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

Исследование потоков антипротонов и дейтонов в галактических космических лучах является интереснейшей и актуальной задачей физики космических лучей последних десятилетий, охватывающей область от изучения происхождения и распространения космических лучей до возможностей получения информации о ранней стадии развития Вселенной.

Космические лучи, генерируемые в основном во время вспышек сверхновых, примерно отражают химический состав материи в источниках. После ускорения в источниках при дальнейшем распространении в межзвездной среде состав космических лучей может существенно меняться в результате ядерных реакций с межзвездным газом. При этом более тяжелые ядра превращаются в ядра с меньшей массой и зарядом и некоторые частицы и ядра, первоначально практически отсутствующие в источниках, могут наблюдаться в космических лучах в заметных количествах. К этой последней категории относятся антипротоны и дейтоны и их исследование важно с точки зрения понимания распространения и пространственного распределения космических лучей в Галактике. Дополнительным преимуществом антипротонов и дейтонов по сравнению с более тяжелыми ядрами является то, что их средние пробеги для взаимодействий при релятивистских энергиях значительно больше среднего количества материи, проходимого космическими лучами, и получаемая информация в значительной мере является модельно независимой. Другой важный аспект связан с тем, что дейтоны имеют энергию на нуклон близкую к энергии ядер, ответственных за их рождение, при сравнительно низком энергетическом пороге генерации порядка десятков МэВ/нукл., в то время как энергия антипротонов примерно на порядок ниже энергии рождающих их космических лучей и эффективный энергетический порог реакции близок к 10 ГэВ. Это обстоятельство позволяет более детально изучать вопросы, связанные с ускорением космических лучей. Потоки антипротонов в галактических космических лучах генерируются в основном в ядерных реакциях протонов, в то время как потоки дейтонов обусловлены главным образом ядерными реакциями ядер гелия. Сравнение результатов исследований антипротонов, дейтонов и более тяжелых ядер дает возможность, таким образом, определить существование единства или различия процессов распространения и пространственного распределения в Галактике различных компонент космических лучей.

Следующим интересным аспектом исследования антипротонов, связанным с их отрицательным зарядом, является возможность изучения проникновения межзвездных космических лучей с отрицательным и положительным знаком заряда в Солнечную систему в различных фазах солнечной активности при различной полярности солнечного магнитного поля, меняющейся с 22-летним циклом. В связи с этим энергетическая зависимость отношения потоков антипротонов и протонов ( р/р-отношение) должна меняться с 22-летним циклом при неизменности, благодаря равенству отношения массы к заряду, энергетической зависимости отношения потоков релятивистских ядер дейтерия и гелия-4.

Исследования галактических антипротонов могут способствовать также прогрессу в изучении экзотических проблем скрытой массы Галактики и реликтовых черных дыр, т.к. антипротоны в космических лучах могут возникать в результате аннигиляции суперсимметричных частиц, сосредоточенных в гало Галактики и образующих скрытую массу, или при испарении реликтовых черных дыр (процесс Хокинга). При этом потоки антипротонов в области энергий меньше 1 ГэВ могут превышать за счет этих источников потоки антипротонов, возникающих в ядерных взаимодействиях космических лучей с межзвездной материей и резко спадающих за счет кинематического обрезания в области малых энергий. Исследования в этом направлении могут, таким образом, способствовать открытию новых астрофизических объектов и явлений и связаны с кругом таких фундаментальных проблем физики, как знание о состоянии материи на самой ранней стадии развития Вселенной, экспериментальная проверка современных калибровочных теорий элементарных частиц.

Работы по поиску антипротонов в галактических космических лучах были начаты в нашей стране в 1963 г. по инициативе и под руководством академика Б.П.Константинова в Астрофизическом отделе Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе в связи с проверкой гипотезы о возможности зарядовой симметрии Вселенной, опиравшейся на существовавшие в то время данные физики элементарных частиц о симметрии свойств частиц и античастиц и закон сохранения барионного заряда. Взрывные процессы в звездах, являющихся источниками космических лучей, могли обеспечить возможность обнаружения звезд и галактик из антивещества путем регистрации в космических лучах потоков антипротонов, антиядер. Такой поиск был одновременно начат в ряде стран в начале 60-х годов.

В конце 60-х годов для поиска антипротонов в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе был разработан и впервые построен магнитный спектрометр, предназначенный для экспериментов на высотных аэростатах. Начало этих исследований явилось качественно новым этапом в изучении проблемы антипротонов в галактическом космическом излучении, продемонстрировавшем высокую эффективность использования магнитных спектрометров в исследовании спектров и состава космических лучей высоких энергий, подтвержденной дальнейшей мировой практикой исследований. Использование магнитного спектрометра для анализа изотопного состава ядер водорода в космических лучах также позволило впервые провести измерение потоков ядер дейтерия в неисследованной ранее области энергий порядка 1-2 ГэВ/нукл., впервые измерить на стратосферных высотах спектры и зарядовый состав атмосферных мюонов, интересных, в частности, с точки зрения наземных нейтринных измерений.

Настоящая работа содержит анализ исследований, проведенных лабораторией Космической спектрометрии в 1972-1990 гг., и посвящена прежде всего результатам поиска антипротонов в галактических космических лучах, завершившихся их успешным обнаружением, которое опередило зарубежные исследования, проводимые в этом же направлении, последующим измерением потоков антипротонов в энергетическом диапазоне 0.2-5 ГэВ, впервые обнаружившим кинематическое обрезание спектра антипротонов в области малых энергий, которое указывало на механизм генерации основного потока антипротонов, анализу изотопного состава ядер водорода в неисследованной ранее области высоких энергий. Анализ выполнен с учетом новых данных, полученных при прецизионном исследовании наземных спектров космических лучей, и с использованием современных представлений о фоновых условиях измерений на стратосферных высотах. Содержание и структура работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Материал изложен на страницах, включая 362 стр. текста, 119 рисунков и 4 таблиц. Список цитируемой литературы включает 224 наименования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В предлагаемой диссертации получены следующие результаты:

1. Разработана методика стратосферных исследований с помощью баллонного магнитного спектрометра интенсивностей антипротонов в первичном космическом излучении в энергетическом диапазоне 0.2-5.1 ГэВ и дейтонов в энергетической области 0.8-1.7 ГэВ/нукл., спектров и зарядового состава атмосферных мюонов с энергией свыше 0.1 ГэВ. Выбранный метод регистрации первичного и вторичного космического излучения является наиболее эффективным в исследуемом энергетическом диапазоне. Энергетический диапазон измерений интенсивностей антипротонов и дейтонов определялся возможностями организации проведения экспериментов.

2. Создана не имеющая аналогов в нашей стране серия аэростатных магнитных спектрометров для исследования спектров и состава однозарядной компоненты космических лучей. Магнитные спектрометры состояли из управляющего телескопа из сцинтилляционных и черенковских детекторов, выделяющих направление прихода частиц и разделяющих частицы по скорости и величине заряда; отклоняющего частицы постоянного магнита; системы искровых камер с оптическим съемом информации для регистрации траектории пролета частиц через прибор, измерения их жесткости и определения знака заряда; электроники для анализа сигналов регистрируемых частиц.

3. С помощью созданных магаитных спектрометров впервые проведены в стратосфере л при остаточном давлении атмосферы -10 г/см (30-32 км) исследования интенсивностей галактических антипротонов в энергетическом диапазоне 0.2-5.1 ГэВ, дейтонов с энергией 0.8-1.7 ГэВ/нукл., спектров и зарядового состава атмосферных мюонов при различных параметрах солнечной активности.

4. Результатами исследований явились:

4.1. обнаружение впервые в составе галактических космических лучей антипротонов с энергией 2.2-5.1 ГэВ и 0.2-2.2 ГэВ,

4.2. измерение отношений потоков антипротонов и протонов в первичном космическом излучении в энергетической области 0.2-5.1 ГэВ: р/р (2.2-5.1 ГэВ) = (1.8 !о g) КГ4, р/р (0.2-2.2 ГэВ) = (6.2!'4,3) 10"5,

4.3. измерение интенсивностей галактических антипротонов в энергетическом диапазоне 0.2-5.1 ГэВ: dl р /dE (2.2-5.1 ГэВ) = (3.1 ) 10 2 (м2 ср с ГэВ)1, dl р /dE (0.2-2.2 ГэВ) = (2.6^?) 10'2 (м2 ср с ГэВ)"1,

4.4. получение впервые экспериментальной астрофизической оценки нижнего предела времени жизни антипротонов на уровне ~106-107 лет, достигнутом только в последние годы в прямых экспериментах на ускорителях,

4.5. получение верхнего предела для концентрации в Галактике реликтовых черных дыр с массой ниже ~1014 г на уровне меньше ~105 пс"3,

4.6. измерение интенсивности галактических дейтонов, 2Н/4Не- и 2Н/'Н-отношений в неисследованной ранее энергетической области 0.8-1.7 ГэВ/нукл.: dl 2н /dE (0.87-1.55 ГэВ/нукл.) = (14.8 !f9) (м2 ср с ГэВ/нукл.)"1

2Н/ 4Не (0.87-1.55 ГэВ/нукл.) = (0.25 :°°09g)

2Н/ 'Н (0.87-1.55 ГэВ/нукл.) = (0.016!™64) в период вблизи минимума солнечной активности и: dl 2н /dE (0.78-1.70 ГэВ/нукл.) = (7.5 ± 1.4) (м2 ср с ГэВ/нукл.У1 2Н/ 4Не (0.78-1.70 ГэВ/нукл.) = 0.23 ± 0.05 2Н/ 'Н (0.78-1.70 ГэВ/нукл.) = 0.031 ± 0.006 вблизи максимума активности Солнца,

4.7. измерение впервые интенсивностей и зарядового состава атмосферных мюонов на стратосферных высотах в энергетической области 0.1-0.6 ГэВ.

5. Проведенный в диссертации ретроспективный анализ результатов измерений антипротонов и дейтонов с учетом современных прецизионных данных по атмосферным мюонам вблизи уровня моря, использованных при калибровках магнитных спектрометров ФТИ, и современных экспериментальных данных и расчетов для фоновых интенсивностей вторичных частиц вблизи границы атмосферы показал в целом хорошее согласие вновь полученных данных на границе атмосферы с опубликованными ранее и с современными данными для измерений антипротонов и дейтонов в галактическом космическом излучении.

6. Проведенный анализ показал, что со временим первой регистрации антипротонов в баллонных экспериментах ФТИ в 1974 г. до эксперимента MASS91, выполненного коллаборацией WIZARD в 1991 г., измерения галактических антипротонов в энергетическом диапазоне 0.2-5.1 ГэВ, проведенные ФТИ в период 1972-1987 гг. были единственными, согласующимися с современными данными по исследованию антипротонов, что указывает на несомненный приоритет ФТИ в обнаружении антипротонов в галактических космических лучах, так как все зарубежные эксперименты в этот период давали только верхние пределы измерений антипротонов.

Высокоширотные измерения интенсивности антипротонов и р/р-отношения в энергетическом диапазоне 0.2-2.2 ГэВ, выполненные ФТИ впервые в период отрицательной полярности магнитного поля Солнца в 1984-1985 гг., дали первое указание на спад энергетической зависимости р/р-отношения в области энергий антипротонов ниже ~2 ГэВ, интерпретированного ФТИ как свидетельство в пользу предположения о вторичной природе источников основного потока антипротонов в космических лучах и генерации антипротонов в ядерных взаимодействиях космических лучей с межзвездной материей.

Измерения интенсивностей антипротонов и энергетической зависимости р/р-отношения впервые проведены ФТИ в периоды положительной и отрицательной полярности магнитного поля Солнца.

Проведенные измерения антипротонов, генерируемых в основном протонной компонентой космических лучей, и дейтонов, рождающихся в измеренной энергетической области в результате ядерных взаимодействий ядер гелия с межзвездным веществом, в сравнении с расчетами, основанными на параметрах распространения космических лучей в Галактике, полученных при исследовании ядерной компоненты галактических космических лучей, дают указание на то, что основные пространственные и энергетические параметры распространения в

Галактике для всех компонент космических лучей от протонов до ядер в первом приближении одинаковы.

10. В методическом плане впервые предложено и обосновано использование идентификатора релятивистских частиц с многослойными пропорциональными камерами высокого давления для эффективного разделения по массе однозарядных частиц в первичном и вторичном космическом излучении в энергетической области до десятков ГэВ в разработанном в ФТИ баллонном магнитном спектрометре СГРАТОМАГ, в нереализованном международном космическом проекте СФИНКС, в предложении для коллаборации WIZARD.

11. По инициативе и под руководством автора диссертации впервые на основе Монте-Карло моделирования разработана глобальная модель для высотных, угловых зависимостей вторичного космического излучения (мюонов, протонов, нейтронов) от полярных до экваториальных широт для различных периодов солнечной активности, использованная в частности, для обобщения данных, полученных ФТИ в баллонных и самолетных исследованиях вторичного космического излучения в атмосфере.

12. На основе Монте-Карло моделирования с использованием GEANT разработаны и в значительной мере реализованы предложения по улучшению параметров магнитного спектрометра PAMELA для эксперимента, планируемого в рамках международного космического проекта с участием лаборатории Космической спектрометрии ФТИ РАН для измерений спектров и состава космических лучей в широкой энергетической области.

Результаты измерений ФТИ галактических антипротонов и дейтонов использованы в связи с исследованиями природы источников, регистрируемых в первичном космическом излучении антипротонов и дейтонов, и проблемы времени жизни антипротонов в работах

21, 27-33, 38, 71, 106-110, 112-116, 118-123, 125-126, 128, 130, 135-138, 141-143, 145-149, 153-154, 158-159, 161-165,169,172, 179-180,187,218] и ряде других работ, не включенных в диссертацию. Уровень цитирования результатов проведенных исследований в период 19801995 гг. до начала серии экспериментов коллаборации BESS по прецизионному измерению спектра антипротонов был близок к 100%. Основные материалы исследований докладывались на Всесоюзных конференциях по космически лучам (Москва-1970, Ереван-1979, Самарканд-1981, Якутск-1984, Алма-Ата-1988) и национальных конференциях (Москва-1994, 1996, Дубна-2000) [69, 74, 86, 89, 102], на Международных конференциях по космическим лучам (12th ICRC-Hobart, 1972, 16th ICRC-Kyoto, 1979, 17th ICRC-Paris, 1981, 20th ICRC-Moscow, 1987, 21st ICRC-Adelaida, 1990, 24th ICRC-Rome, 1995) [68,87,88,92,93, 101], совещаниях по проекту PAMELA, Международной конференции "Physics at the Turn of the 21st Century" (С.-Петербург, 1998) [220, 221], Научной сессии МИФИ-99 [222]. Новые результаты по исследованию галактических антипротонов и дейтонов, полученные в диссертации, докладывались на 18th European Cosmic Ray Symposium (Москва, 2002) [223, 224].

Результаты проведенных исследований опубликованы в следующих работах:

1. Bogomolov Е.А., Lubyanaya N.D., Romanov V.A., A search for antiprotons in the primary cosmic radiation with a magnetic spectrometer. // Proc. 12th Intern. Cosmic Ray Confer. Hobart. 1971. V.5. P. 1730-1739.

2. Богомолов Э.А., Лубяная Н.Д., Романов B.A., Тотубалина М.Г., Поиски антипротонов в первичном космическом излучении. // Изв. АН СССР. сер. физ. 1971. T.XXXV. N12. С.2448-2452.

3. Богомолов Э.А., Лубяная Н.Д., Романов В.А., Степанов С.В., Шулакова М.С., Баллонные исследования спектров и состава однозарядной компоненты первичного и вторичного космического излучения с использованием магнитного спектрометра. // Изв. АН СССР. сер. физ. 1979. Т.43. N12. С.2487-2490.

4. Bogomolov Е.А., Lubyanaya N.D., Romanov V.A., Stepanov S.V., Shulakova M.S., A stratospheric magnetic spectrometer investigation of the singly charged component spectra and composition of the primary and secondaxy cosmic radiation. // Proc. 16th Intern. Cosmic Ray Confer. Kyoto. 1979. V.l. P.330-335.

5. Bogomolov E.A., Lubyanaya N.D., Romanov V.A., Stepanov S.V., Shulakova M.S., Galactic antiprotons of 2-5 GeV energy. // Proc. 17th Intern. Cosmic Ray Confer. Paris. 1981. V.9. P.146-149.

6. Богомолов Э.А., Лубяная Н.Д., Романов B.A., Степанов С.В., Шулакова М.С., Галактические антипротоны с энергией 2-5 ГэВ. // Изв. АН СССР. сер. физ. 1982. Т.46. N9. С.1653-1655.

7. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Исследование спектров, угловых и широтных распределений протонов с энергией от 50 МэВ до 100 ГэВ в остаточной атмосфере на глубине 10-100 г см'2. // Изв. АН СССР. сер. физ. 1984. Т.48. N11. С.2087-2089.

8. Bogomolov Е.А., Vasilyev G.I., Iodko M.G., Krut'kov S.Yu., Lubyanaya N.D., Romanov V.A., Stepanov S.V., Shulakova M.S., Galactic antiproton spectrum in the 0.2-2 GeV energy. // Proc. 19th Intern. Cosmic Ray Confer. La Jolla. 1985. V.2. P.362-365.

9. Bogomolov E.A., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu., Lubyanaya N.D., Romanov V.A., Stepanov S.V., Shulakova M.S., Galactic antiproton spectrum in the 0.2-5 GeV range. // Proc. 20th Intern. Cosmic Ray Confer. Moscow. 1987. V.2. P.72-75.

10. Васильев Г.И., Богомолов Э.А., Протоны и мюоны в верхних слоях атмосферы. // Изв. АН СССР. сер. физ. 1988. Т.52. N12. С.2448-2449.

11. Bogomolov Е.А., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu., Lubyanaya N.D., Romanov V.A., Stepanov S.V., Shulakova M.S., New antiproton studies in the 2-5 GeV range. // Proc. 21st Intern. Cosmic Ray Confer. Adelaide. 1990. V.3. P.288-290.

12. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Разоренов JI.A., Исследование спектров мюонов космических лучей на глубинах остаточной атмосферы 10 и 20 г см . // Краткие сообщения по физике ФИАН. 1993. N11-12. С.73-75.

13. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Крутьков С.Ю., Степанов С.В., Шулакова М.С., Разоренов JI.A., Баллонные исследования изотопного состава ядер водорода в галактическом космическом излучении в энергетической области 0.8-1.8 ГэВ/нукл. // Краткие сообщения по физике ФИАН. 1994. N1-2. С.36-40.

14. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Крутьков С.Ю., Шулакова М.С., Разоренов JI.A., Идентификатор релятивистских частиц для баллонного магнитного спектрометра. // Краткие сообщения по физике ФИАН. 1994. N1-2. С.41-44.

15. Bogomolov Е.А., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu., Stepanov S.V., Shulakova M.S., The Deuterium Cosmic Ray Intensity from Balloon Measurement in Energy Range 0.8-1.8 GeV/nucl. // Proc. 24ht Intern. Cosmic Ray Confer. Rome. 1995. V.2. P.598-601.

16. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Крутьков С.Ю., Степанов С.В., Шулакова М.С., Баллонные исследования потоков ядер дейтерия в галактических космических лучах в энергетической области 0.8-1.8 ГэВ/нукл. // Изв. АН СССР. сер. физ. 1995. Т.59. N4. С. 145-148.

17. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Возможности баллонных измерений потоков ядер дейтерия в энергетической области 2-8 ГэВ/нукл. // Изв. АН СССР. сер. физ. 1997. T.61.N6. С.1191-1194.

18. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Крутьков С.Ю., Романов В.А., Степанов С.В., Шулакова М.С., Поиск антиматерии в космических лучах. // Журн. тех. физ. 1999. Т.69. вып.9. С.99-103.

19. Bogomolov Е.А., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu., Romanov V.A., Stepanov S.V., Shulakova M.S., The search for antimatter in cosmic rays. // Technical Physics. 1999. V.44. N9. P.1089-1092.

20. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Крутиков С.Ю., Анализ фоновых условий при измерениях с прибором «ПАМЕЛА». // Научная сессия МИФИ-99. Сборник науч. трудов. М.: МИФИ. 1999. Т.4. С.50-51.

21. Bogomolov Е.А., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu., Stepanov S.V., Shulakova M.S., Antiprotons and deutrons in galactic cosmic rays. // 18th European Cosmic Ray Symposium. Moscow. 2002. OG1.1.

22. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Крутьков С.КХ, Идентификаторы релятивистских частиц для космических исследований. // Изв. РАН. сер.физ. 2003. Т.67. N4. С. 557-539.

23. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Крутьков С.Ю., Степанов С.В., Шулакова М.С., Антипротоны и дейтоны в галактических космических лучах// Изв. РАН. сер.физ. 2003. Т.67. N4. С.443 - 45 г.

24. Богомолов Э.А., Иванов К.Г., Романов В.А., Степанов С.В., Шулакова М.С., Исследование спектров и угловых характеристик протонов в атмосфере в энергетическом диапазоне 0.1-10 ГэВ. // Препринт N626. ФТИ АН СССР. Л. 1979. 28с.

25. Богомолов Э.А., Романов В.А., Степанов С.В., Шулакова М.С., Спектры и угловые характеристики мюонов и электронов в атмосфере в энергетической области выше 50 МэВ. // Препринт N629. ФТИ АН СССР. Л. 1979. 41с.

26. Богомолов Э.А., Лубяная Н.Д., Романов В.А., Степанов С.В., Шулакова М.С., Антипротоны и дейтоны в первичном космическом излучении. // Препринт N666. ФТИ АН СССР. Л. 1980. 31с.

27. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Гунько Н.А., Расчет по методу Монте-Карло спектров и угловых характеристик протонов в атмосфере в энергетическом диапазоне от 50 МэВ до 1000 ГэВ. // Препринт N736. ФТИ АН СССР. Л. 1981. 59с.

28. Bogomolov Е.А., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu., The identifiers of relativistic particles for cosmic researches. // Preprint N1729. IPTI. S.-Petersburg. 1999. 30p.

29. Bogomolov E.A., Torsti J., Kelha V., GAP-SFINCS. A joint Soviet-Finnish Cosmic Spectrometer for investigation of Galactic Antiprotons. // Project. Turku. 1991. 53p.

30. Богомолов Э.А., Антипротоны в галактическом космическом излучении. Диссертация канд. физ.-мат. наук. Л. ФТИ АН СССР. 1984. 115с. Рассмотренные в диссертации экспериментальные исследования явились частью комплекса работ по изучению спектров и состава космических лучей, проведенных в секторе Галактических космических лучей под общим научным руководством В.А.Романова и лаборатории Космической спектрометрии ФТИ РАН. Автор диссертационной работы являлся активным участником проведенных исследований на стадиях постановки задач, разработки конструкции приборов, отработки методов настройки и калибровки баллонных магнитных спектрометров, организации баллонных исследований ФТИ в качестве члена Комиссии АН по аэростатным исследованиям, руководства всеми баллонными экспедициями, подготовкой приборов к полетам, обработки полетной информации, анализа полученных данных, подготовки публикаций, докладов на конференциях по космическим лучам, разработки новых проектов, защиты приоритетов отечественных исследований космических лучей, выполненных в ФТИ.

Конструкции магнитных спектрометров разработаны автором совместно с В.А.Романовым, электронные схемы совместно с НДЛубяной и СВ.Степановым, программы для первичной обработки полетной информации с магнитных спектрометров совместно с М.С.Шулаховой, Монте-Карло моделирование вторичного космического излучения в атмосфере и фоновых условий в приборах совместно с Г.И.Васильевым.

Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую признательность В.А.Романову за большой труд, вложенный в принципиальную и конструкторскую разработку аэростатных магнитных спектрометров и вспомогательных приборов и отметить его роль в создании уникальной серии приборов для стратосферных исследований космических лучей, С.В.Степанову и НДЛубяной за решение проблем, связанных с электроникой магнитных спектрометров, М.С.Шулаковой, НДЛубяной, С.Ю.Крутькову, Г.И.Васильеву за нелегкий труд по считыванию и первичной обработки большого объема полетной информации, В.П.Белову и В.А.Кочневу 'За решение задач, связанных с механикой приборов, М.Г.Иодко за труд, вложенный на этапе работ с первым магнитным спектрометром, С.Ю.Крутькову за незаменимую помощь в подготовке публикаций и настоящей диссертации, всем сотрудникам лаборатории и участникам экспедиций за стойкость, проявленную в преодолении экспедиционных трудностей и при подборе и эвакуации аппаратуры, сотрудникам Воздухоплавательного центра и Вольской экспедиционной базы ФИАН за доброжелательность и тщательность предполетной подготовки аэростатов и аппаратуры управления полетом, способствующей успеху экспериментов.

1. Верное СЛ., Куликов А.М., Угловое распределение космических частиц в стратосфере. //Докл. АНСССР. 1948. T.61. С.1013-1015.

2. Chamberlain О., Segre Е., Wiegand С., Ypsilantis Т., Observation of antiprotons. // Phys.Rev. 1955. V.100. P.947-950.

3. Bhowmik В., Negative primaries as part of cosmic radiation. // Phys.Rev. 1953. V.89. P.327-328.

4. Фрадкин М.И., К вопросу об антипротонах в первичном потоке космических лучей. // ЖЭТФ. 1955. Т.29. С.147-150.

5. Верное С.Н., Григоров НЛ., Добротин Н.А. и др. Определение знака заряда первичных частиц космических лучей по измерениям азимутальной асимметрии в стратосфере в районе экватора. // Докл. АН СССР. 1949. Т.68. С.253-255.

6. Goldhaber М., Speculations on cosmogony. // Science. 1956. V.124. P.218-219.

7. Burbidge G., Hoyle F„ Matter and anti-matter. // Nuovo Cimento. 1956. V.4. P.558-564.

8. Alfven H., Klein O., Matter-antimatter annigilation and cosmology. // Arkiv for Fysik. 1962. V.23. P.187-194.

9. Alfven H., Elvius A., Antimatter, quasi-stellar objects, and the evolution of galaxies. // Science. 1969. V.164. P.911-917.

10. Omnes R., Possibility of matter-antimatter separation at high temperature. // Phys. Rev. Lett. 1969. V.23. P.38-40.

11. Omnes R., Matter-antimatter hydrodynamics coalescence effect. // Astron. and Astrophys. 1971. V.15. P.275-284.

12. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д., Релятивистская астрофизика. М.: Наука, 1967. 654с.

13. Hoyle F., Speculation on the nature of the nuclei of galaxies. I I Nature. 1969. V.224. P.477.

14. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д., Строение и эволюция Вселенной. М.: Наука, 1975. 735с.

15. Сахаров А.Д., Нарушение CP-инвариантности, С-асимметрия и барионная асимметрия Вселенной. // Письма в ЖЭТФ. 1967. Т.5. С.32-35.

16. Rosen S., Secondary antiprotons in galactic cosmic radiation. // Phys. Rev. 1967. V.158. P. 1227-1236.

17. Wayland J.R., Bowen Т., Origin of primaiy cosmic radiation and its antiproton component. // Phys. Rev. 1968. V.171. P.1376-1385.

18. Shen C.S., Berkey G.B., Antiprotons and positrons in cosmic rays. // Phys. Rev. 1968. V.171. P. 1344-1348.

19. Suh P.K., Galactic antiproton cosmic radiation. // Astron. and Astrophys. 1971. V.15. P.206-215.

20. Chen M.C., Antiproton spectrum in cosmic rays. // Nuovo Cimento. 1972. V.8B. P.343-357.

21. Gaisser Т.К., Maurer R.H., Cosmic p production in interstellar pp collisions. // Phys. Rev. Lett. 1973. V.30. P.1264-1267.

22. Gaisser Т.К., Levy E.H., Astrophysical implications of cosmic-ray antiprotons. // Phys. Rev. 1974. V.10D. P.1731-1735.

23. Badhwar G.D., Golden R.L., Relative abundances positrons and antiprotons in the primary cosmic ray flux. // Nature. 1974. V.251. P.126.

24. Badhwar G.D., Golden R.L., Brown M.L., Lacy J.L., Cosmic ray antiproton and positron production in the interstellar medium. // Astrophys. Space Sci. 1975. V.37. P.283-300.

25. Steigman G., Secondary antiprotons: a valuable cosmic-ray probe. // Astrophys. J. 1977. V.217. L.131-133.

26. Bhattacharyya D.P., Sarkar К., Basu D., Roychoudhury R.K., Cosmic antiproton-proton flux ratio at the top of the atmosphere. // Can. J. Phys. 1978. V.56. P.191-192.

27. Bhattacharyya D.P., Sarkar K., Basu D., Cosmic antiproton spectrum at the top of the atmosphere derived from the new scaling model. // Ann. Phys. 1978. V.35. P.371-376.

28. Szabelski J., Wdowczyk J., Wolfendale A.W., Anti-matter in the primary cosmic radiation. // Nature. 1980. V285. P.386-388.

29. Tan L.C., Ng L.K., Estimation of the antiproton flux in the primary cosmic radiation. // J. Phys. 1981. V.7G. P.123-130.

30. Protheroe R.J., Cosmic ray antiprotons in the closed galaxy model. // Astrophys. J. 1981. V.251. P.387-392.

31. Stephens S.A., Cosmic ray antiprotons and modified closed galaxy model. // Nature. 1981. V.289. P.267-269.

32. Stephens S.A., Secondary production of antiprotons in cosmic radiation. // Astrophys. Space Sci. 1981. V.76. P.87-103.

33. Gaisser Т.К., Mauger B.G., Calculation of cosmic ray antiproton-proton ratio. // Astrophys. J. 1982. V.252. L.57-59.

34. Fanselow J.L., The primary cosmic-ray electron spectrum between 0.09 and 8.4 BeV in 1965. // Astrophys. J. 1968. V.152. P.783-789.

35. Aizu H., Fujimoto Y., Hasegawa S. et al., Heavy nuclei in the primary cosmic radiation at Prince Albert, Canada, // Phys. Rev. 1961. V.121 P.1206-1218.

36. Brooke G., Wolfendale A.W., Antimatter in the cosmic radiation. // Nature. 1964. V.202. P.480-481.

37. Apparao K.M.V., Upper limit on the abundance of antiprotons in the low energy galactic cosmic radiation. // Nature. 1967. V.215. P.727-728.

38. Durgaprasad N., Kunte P.K., Antiprotons in the primary cosmic radiation near geomagnetic eqator. //Nature Phys. Sci. 1971. V.234. P.74-75.

39. Bogomolov E.A., Karakadko V.K., Lubyanaya N.D., Romanov V.A., Investigation of the composition of singly charged component of the primaiy cosmic radiation. // Acta Phys. Acad. Sci. 1970. V.29. suppl.l. P.301-304.

40. Wagoner R.V., Big-bang nucleosynthesis revisited. И Astrophys. J. 1973. V.179. P.343-360.

41. Reevs H., On the origin of the light elements. // Ann. Rev. Astron. Astrophys. 1974. V.12. P.437-469.

42. Ramaty R., Lingefelter R.E., Cosmic-ray deuterium and helium-3 of secondary of secondary origin and the residual modulation of cosmic rays. // Astrophys. J. 1969. V.155. P.587-608.

43. Ramadurai S., Biswas S., Production and propagation of cosmic ray H2 and He3 nuclei. // Astrophys. Space Sci. 1974. V.30. P.187-213.

44. Кужевский Б.М., Сыроватский С.И., Зависимость химического состава космических лучей от характера их движения в Галактике. // ЖЭТФ. 1965. Т.49. С.1950-1956.

45. Fan C.Y., Gloeckler G., Galactic deuterium and its energy spectrum above 20 MeV per nucleon. // Phys. Rev. Lett. 1966. V.17. P.329-331.

46. Freier P.S., Waddington CJ., Singly and doubly charged particles in the primary cosmic radiation. //J. Geophys. Res. 1968. V.73. P.4261-4271.

47. Apparao K.M.V., Flux of cosmic ray deuterons with rigidity above 16.8 GV. // Proc. 13th Intern. Cosmic Ray Confer. Denver. 1973. V.l. P. 126-128.

48. Apparao K.M.V., Corrections and additions to manuscripts. // Proc. 13th Intern. Cosmic Ray Confer. Denver. 1973. V.5. P.3276.

49. Leech H.W., O'Gallager J J., The isotopic composition of cosmic-ray helium from 123 to 279 MeV per nucleon: a new measurement and analysis. // Astrophys. J. 1978. V.221. P.1110-1123.

50. Webber W.R., Yustak S.M., A measurement of the energy spectra and relative abundance of the cosmic-ray H and He isotopes over a board energy range. // Astrophys. J. 1983. V.275. P.391-404.

51. Garcia-Munoz M., Mason G.M., Simpson J .A., The low energy cosmic ray H2 and He3 spectra and anomalous He4 component. // Proc. 14th Intern. Cosmic Ray Confer. Munchen. 1975. V.l. P.319-324.

52. Allkofer O.C., Carstensen K., Dau W.D., The absolute vertical muon spectrum at sea level in the momentum range 0.2-1000 GeV/c. // Proc. 12th Intern. Cosmic Ray Confer. Hobart. 1971. V.4. P.1314-1318.

53. Brooke G., Wolfendale A.W., The momentum spectrum of cosmic ray protons near sea level in the momentum range 0.6-150 GeV/c. // Proc. Phys. Soc. 1964. V.83 P.843-851.

54. Daniel R.R., Stephens S.A., Cosmic-ray-produced electrons and gamma rays in the atmosphere. // Rev. Geophys. Space Phys. 1974. V.12 P.233-258.

55. Джелли Д., Черенковское излучение. М.: ИЛ, 1960. 334с.

56. Гольданский В.И., Куценко А.В., Подгородецкий М.И., Статистика отсчетов при регистрации ядерных частиц. М.: Физ.-мат. гиз, 1959. 411с.

57. Зрелов В.П., Излучение Вавилова-Черенкова и его примененние в физике высоких энергий. 4.2. М.: Атомиздат, 1968. 302с.

58. Богомолов Э.АЭ, Романов В.А., Степанов С.В., Шулакова М.С., Спектры и угловые характеристики мюонов и электронов в атмосфере в энергетической области выше 50 МэВ. // Препринт N629. ФТИ АН СССР, Л. 1979. 41с.

59. Pennypacker C.R., Smoot G.F., Buffington A. et al., Measurement of geomagnetic cutoff rigidities and particle fluxes below geomagnetic cutoff near Palestine, Texas. // J. Geophys. Res. 1973. V.78. P.1515-1527.

60. Хаякава С., Физика космических лучей, 4.1. М.: Мир, 1973. 701с.

61. Shea М.А., Smart D.F., A five by fifteen degree world grid of calculated cosmic-ray vertical cutoff rigidities for 1965 and 1975. // Proc. 14th Intern. Cosmic Ray Confer. Munchen. 1975. V.4. P. 1298-1303.

62. Shea M.A., Smart D.F., A word grid of calculated cosmic ray vertical cutoff rigidities for 1980. // Proc. 18th Intern. Cosmic Ray Confer. Bangalore, 1983. V.3. P.415-418.

63. Smart D.F., Shea M.A., Word grid of calculated cosmic ray vertical cutoff rigidities for epoch 1990. // Proc. 25th Intern. Cosmic Ray Confer. Durban, 1997. V.4. P.401-404.

64. Kremer J., Boezio M., Ambriola M.L. et al., Measurements of ground-level muons at the two geomagnetic locations. // Phys.Rev.Lett. 1999. V.83. P.4241-4244.

65. Motoki M., Sanuki Т., Orito S. et al., Precise measurement of atmospheric muon fluxes at sea level. // Proc. 27th Intern. Cosmic Ray Confer. Hamburg. 2001. P.927-930.

66. Rastin B.C., An accurate measurement of the sea-level'muon spectrum within the range 4 to 3000 GeV/c. // J.Phys.G. NucLPhys. 1984. V.10. P.1609-1628.

67. Boezio M., Positrons and electrons in the cosmic radiation measured by the CAPRICE experiment. PhD thesis. KTH Stockholm. 1998. 214p.

68. Bogomolov E.A., Lubyanaya N.D., Romanov V.A., A search for antiprotons in the primary cosmic radiation with a magnetic spectrometer. // Proc. 12th Intern. Cosmic Ray Confer. Hobart, 1971. V.5. P.1730-1739.

69. Богомолов Э.А., Лубяная Н.Д., Романов B.A, Тотубалина М.Г., Поиски антипротонов в первичном космическом излучении. // Изв. АН СССР. Сер.физ. 1971. Т.35. С.2448-2452.

70. Богомолов Э.А., Антипротоноы в галактическом космическом излучении. Дисс. канд. физ.-мат. наук. Л.: ФТИ АН СССР. 1984, 115с.

71. Buffington A., Schindler S.M., Pennypacker C.R., A measurement of the cosmic-ray antiproton flux and a search of antihelium. // Astrophys. J. 1981. V.248. P.l 179-1193.

72. Stephens S.A., Secondary antiproton spectrum in the atmosphere with the inclusion of Fermi motion in air nuclei. // Astropart.Phys. 1997. V.6. P.229-239.

73. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Гунько H.A., Расчет по методу Монте-Карло спектров и угловых характеристик протонов в атмосфере в энергетическом диапазоне от 50 МэВ до 1000 ГэВ. // Препринт N736. ФТИ АН СССР, Л. 1981. 60с.

74. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Исследование спектров, ушовых и широтных распределений протонов с энергией от 50 МэВ до 100 ГэВ в остаточной атмосфере на глубине 10-100 г/см2. // Изв. АН СССР, Сер.физ. 1984. Т.48. С.2087-2089.

75. Papini P., Grimani С., Stephens S.A., Production of secondary protons in the atmosphere. // Nuovo Cimento. 1996. V.19. P.367-369.

76. Papini P., Grimani C., Basini G. et al., Atmospheric proton and deuterium energy spectra determination with the MASS2 experiment. // Proc. 24th' Intern. Cosmic Ray Confer. Rome. 1995. V.4. P. 1033-1036.

77. Васильев Г.И., Спектры вторичных протонов в атмосфере с энергиями выше 20 МэВ доя широт от полярных до экваториальных. // Препринт N1114. ФТИ АН СССР, Л. 1987, 29с.

78. Wenzel К.Р., Stone Е.С., Vogt R.E., Splash albedo protons between 4 and 315 MeV at high and low geomagnetic latitudes. // J.Geophys.Res. 1975. V.80. P.3580-3584.

79. Webber W.R., Lezniak J.A., The comparative spectra of cosmic-ray protons and helium nuclei. // Astrophys. Space Sci. 1974. V.30. P.361-380.

80. Seo E.S., Ormes J.F., Streitmatter R.E. et al., Measurement of cosmic-ray proton and helium spectra during the 1987 solar minimum. // Astrophys J. 1991. V.378. P.763-772.

81. Barbiellini G., Basini G., Bellotti R., et al., A measurement of the proton spectrum at 1 AU near solar minimum with the CAPRICE experiment. // Proc. 25th Intern. Cosmic Ray Confer. Durban. 1997. V.3. P.369-372.

82. Menn W., Barbier L.M., Christian E.R., et al., Measurement of the absolute proton and helium flux at the top of the atmosphere using IMAX. // Proc. 25th Intern. Cosmic Ray Confer. Durban. 1997. V.3. P.409-412.

83. Sanuki Т., Motoki M., Matsumoto H. et al., A precise measurement of cosmic-ray proton spectrum with BESS spectrometer. // Proc. 26th Intern. Cosmic Ray Confer. Salt Lake City. 1999. V.3. P.93-96.

84. Webber W.R., Golden R.L., Stochaj SJ. et al., A measurement of the cosmic-ray 2H and 3He spectra and WHe and 3He/*He ratios in 1989. // Astrophys. J. 1991. V.380. P.230-234.

85. Regener V.H., Statistical significance of small samples of cosmic-ray counts. // Phys. Rev. 1951. V.84. P.161-162.

86. Bogomolov E.A., Lubyanaya N.D., Romanov V.A. et al., Galactic antiprotons of 2-5 Gev energy. // Proc. 17th Intern. Cosmic Ray Confer. Paris. 1981. V.9. P.146-149.

87. Богомолов Э.А., Лубяная Н.Д., Романов В.А. и др., Галактические антипротоны с энергией 2-5 ГэВ. // Изв. АН СССР. Сер.физ. 1982. Т.46. С.1653-1655.

88. Kryakunova O.N., Zusmanovich A.G., Simulation of long term modulation in nonstationary solar activity conditions. // Proc. 24th Intern. Cosmic Ray Confer. Rome. 1995. V.4. P.526-529.

89. Svirzhevsky N.S., Bazilevskaya G.A., Krainev M.B. et al., The energy hysteresis of the Galactic cosmic ray intensity in 1988-1993. // Proc. 24th Intern. Cosmic Ray Confer. Rome. 1995. V.4. P.550-553.

90. Bogomolov E.A., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu. et al., Galactic antiproton spectrum in the 0.2-5 GeV range. // Proc. 20th Intern. Cosmic Ray Confer. Moscow. 1987. V.2. P.72-75.

91. Bogomolov E.A., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu. et al., New antiproton studies in the 2-5 GeV range. // Proc. 21st Intern. Cosmic Ray Confer. Adelaida. 1990. V.4. P.288-290.

92. Seo E.S., McDonald F.B., Lai N., Webber W.R., Study of cosmic-ray H and He isotopes at 23 AU. // Astrophys. J. 1994. V.432. P.656-664.

93. GEANT. CERN program library // http://wwwinfo.cern.ch/asd/geant4/geant4Jitml

94. Papini P., Grimani C., Stephens S.A., Secondary deuterium produced by cosmic rays in the atmosphere. // Proc. 23rd Intern. Cosmic Ray Confer. Calgaiy. 1993. V.l. P.503-506.

95. Wang J.Z., Seo E.S., Anraku K. et al., Measurement of cosmic-ray H and He isotopes in a series of annual balloon flights. // Proc. 26th Intern. Cosmic Ray Confer. Salt Lake City. 1999. V.3. P.37-40.

96. Богомолов Э.А., Лубяная Н.Д., Романов В.А. и др. Антипротоны и дейтоны в первичном космическом излучении. // Препринт N666. ФТИ АН СССР, Л. 1980. 31с.

97. Seo E.S., Matsunaga Н., Anraku К. et al., Measurement of cosmic-ray H and He isotopes by BESS and its implications for cosmic ray propagation. // Proc. 25th Intern. Cosmic Ray Confer. Durban. 1997. V.3. P.373-380.

98. Asaoka Y., Shikaze Y., Abe K. et al., Measurements of cosmic-ray low-energy antiproton and proton spectra in a transient period of the solar field reversal. // astro-ph/0109007. 25 Jan. 2002. P. 1-4.

99. Bogomolov E.A., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu., et al., The deuterium cosmic ray intensity from balloon measurement in energy range 0.8-1.8 GeV/nucl. // Proc. 24th Intern. Cosmic Ray Confer. Rome. 1995. V.2. P.598-601.

100. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Возможности баллонных измерений потоков ядер дейтерия в энергетической области 2-8 ГэВ/нукл. // Изв. РАН. Сер.физ. 1997. Т.61. N6. С.1191-1194.

101. Wefel J.P., Ahlen S.P., Beatty JJ. et al., Measurements of cosmic ray helium during the 1991 solar maximum. // Proc. 24th Intern. Cosmic Ray Confer. Rome. 1995. V.2. P.630-633.

102. Васильев Г.И., Фредерике ДД., Спектры, угловые, высотные и широтные распределения мюонов в атмосфере с энергиями выше 20 МэВ. // Препринт N1394. ФТИ АН СССР, Л. 1989. 36с.

103. Golden R.L., Horan S., Mauger B.G. et al., Evidence for the existence of cosmic-ray antiprotons. // Phys. Rev. Lett. 1979. V.43. P.l 196-1199.

104. Badhwar G.D., Daniel R.R., Cleghora T. et al., The cosmic ray antiproton flux: an upper limit near that predicted for secondary production. // Astrophys. J. 1977. V.217. L135-138.

105. Badhwar G.D., Golden R.L., Lacy J.L. et al., Relative abudance of antiprotons and antihelium in the primary cosmic radiation. // Nature. 1978. V.274. P.137-139.

106. Golden R.L., Mauger B.G., Nunn S., Horan S., Energy dependence of the p/p ratio in cosmic rays. // Astrophys. Lett. 1984. V.24. P.75-78.

107. Buffington A., Schindler S.M., Recent cosmic-ray antiproton measurements and astrophysical implications. // Astrophys. J. 1981. V.247. L105-109.

108. Smoot G.F., Buffington A., Orth C.D., Search for cosmic-ray antimatter. // Phys. Rev. Lett. 1975. V.35. P.258-261.

109. Иванова H.C., Баранов Д.Г., Якубовский E.A., Поиски антиядер в первичных космических лучах. // Изв. АН СССР. Сер.физ. 1976. Т.40. С.532-534.

110. Barwic S.W., Ahlen S.P., Beatty J J. et al., New limits on the energy p/p ratio in the cosmic radiation. // Proc. 21st Intern. Cosmic Ray Confer. Adelaida. 1990. V.3. P.273-276.

111. Streitmatter R.E., Stochaj SJ., Ormes J.F. et al., Experimental limit on low energy antiprotons in the cosmic radiation. // Proc. 21st Intern. Cosmic Ray Confer. Adelaida. 1990. V.3. P.277-280.

112. Mitchell J.W., Barbier L.M., Christian E.R. et al., Measurement of 0.25-3.2 GeV antiprotons in the cosmic radiation. // Phys. Rev. Lett. 1996. V.76. N17. P.3057-3060.

113. Hof M., Menn W., Pfeifer C. et al., Measurement of cosmic-ray antiprotons from 3.7 to 19 GeV. // Astrophys. J. 1996. V.467. L33-36.

114. Golden R.L., Ahlen S.P., Beatty J J. et al., WiZard: a program to measure cosmic-ray antiprotons and positrons, and search for primordial antimatter. // Nuovo Cimento. 1990. V.105. N2. P. 191-231.

115. Basini G., Bellotti R., Brunetti M.T. et al., The flux of cosmic ray antiprotons from 3.7 to 24 GeV. // Proc. 26th Intern. Cosmic Ray Confer. Salt Lake City. 1999. V.3. P.77-80.

116. Boezio M., Carlson P., France T. et al., The cosmic-ray antiproton flux between 0.62 and 3.19 GeV measured near solar minimum activity. // Astrophys. J. 1997. V.487. P.415-423.

117. Moiseev A., Yoshimura K., Ueda I. et al., Cosmic-ray antiproton flux in the energy range from 200 to 600 MeV. // Astrophys. J. 1997. V.474. P.479-489.

118. Maki K., Mitsui Т., Onto S., Local flux of low-energy antiprotons from evaporating primordial black holes. // Phys. Rev. Lett. 1996. V.76. N19. P.3474-3477.

119. Gaisser Т.К., Schaefer R.K., Cosmic-ray secondary antiprotons: a closer look. // Astrophys. J. 1992. V.394. P.174-183.

120. Webber W.R., Potgieter M.S., A new calculation of the cosmic-ray antiproton spectrum in the Galaxy and heliospheric modulation effects on this spectrum using a drift plus wavy current sheet model. // Astrophys. J. 1989. V.344. P.779-785.

121. Stephens S.A., Golden R.L., Recent observations of cosmic ray antiprotons and a critical assessment of the theories of their origin. // Astron. Astrophys. 1988. V.202. P.l-7.

122. Matsunaga H., Onto S., Matsumoto H. et al., Measurement of low-energy cosmic-ray antiprotons at solar minimum. // Phys. Rev. Lett. 1998. V.81. N19. P.4052-4055.

123. Orito S., Maeno Т., Matsunaga H. et al., Precision measurement of cosmic-ray antiproton spectrum. // Phys. Rev. Lett. 2000. V.84. P.1078-1081.

124. Maeno Т., Orito S., Matsunaga H. et al., Successive measurements of cosmic-ray antiproton spectrum in a positive phase of the solar cycle. // astro-ph/0010381 vl 19 Oct 2000. P.l-15.

125. Asaoka Y., Shikaze Y., Abe K. et al., Measurement of cosmic-ray low-energy antiproton and proton spectra in a transient period of the solar field reversal. // astro-ph/0109007 vl 2 Sep 2001. P. 1-4.

126. Boezio M., Bonvicini V., Schiavon P. et al., The cosmic-ray antiproton flux between 3 and 49 GeV. // astro-ph/0103513 30 Mar 2001. P.l-33.

127. Beach A.S., Beatty JJ., Bhattacharyya A. et al., Measurement of the cosmic-ray antiproton to proton abundance ratio between 4 and 50 GeV. // astro-ph/0111094 vl 5 Nov 2001. P.l-4.

128. Moskalenko I.V., Strong A.W., Ormes J.F., Potgieter M.S., Secondary antiprotons and propagation of cosmic rays in the Galaxy and heliosphere. // Astrophys. J. 2002. V.565. P.280-296.

129. Sasaki M., Nozaki M., Saeki T. et al., A search for antihelium with the BESS spectrometer. // Proc. 27th Intern. Cosmic Ray Confer. Hamburg. 2001. P.1711-1714.

130. Cristinziani M. for the AMS collaboration., AMS antimatter search results. // Proc. 27th Intern. Cosmic Ray Confer. Hamburg. 2001. P.1703-1706.

131. Golden R.L., Stochaj SJ., Stephens S.A. et al., Search for antihelium in the cosmic rays. // Astrophys. J. 1997. V.479. P.992-996.

132. Ormes J.F., Moiseev A.A., Saeki T. et al., Antihelium in cosmic rays: a new upper limit and its significance. // Astrophys. J. 1997. V.482. LI 87-190.

133. Stephens S.A., Astrophysical significance of the observation of deuterons and antiprotons in cosmic radiation. // Preprint TIFR/SP-IR 1978/1. Bombay. 1978. 27p.

134. Shabelski J., Wdowczyk J., Wolfendale A.W., Antiprotons in the cosmic radiation. // Proc. 17th Intern. Cosmic Ray Confer. Paris. 1981. V.2. P.206-209.

135. Tan L.C., Ng L.K., Comparison of the measured antiproton flux with the predicted by the "leaky box" model. // Proc. 17th Intern. Cosmic Ray Confer. Paris. 1981. V.2. P.210-213.

136. Stephens S.A., Dependence of energy spectrum of e+ and p on propagation models. // Proc. 17th Intern. Cosmic Ray Confer. Paris. 1981. V.2. P.214-217.

137. Peters В., Westergaard NJ., Cosmic ray propagation in the a closed galaxy. // Astrophys. Space Sci. 1977. V.48. P.21-46.

138. Птускин B.C., Хазан Я.М., Космические лучи в диффузионной модели с большим гало. // Астрофизика. 1976. Т.12. С.129-138.

139. Гинзбург В Л., Птускин B.C., О происхождении антипротонов, наблюдаемых в космических лучах. // Письма в АЖ. 1981. Т.7. С.585-589.

140. Гинзбург ВЛ., Птускин B.C., Замечания о происхождении космических лучей. // Изв. АН СССР. Сер.физ. 1982. Т.46. С.1650-1652.

141. Cowsik R., Gaisser Т.К., Antiprotons from galactic sources of cosmic rays and gamma-rays. // Proc. 17th Intern. Cosmic Ray Confer. Paris. 1981. V.2. P.218-221.

142. Eichler D., On the reported detection of sub-GeV antiprotons in galactic cosmic rays. // Nature. 1982. V.295. P.391-393.

143. Aharonian F.A., Kelner S.R., Kotov Yu.D., On the origin of low energy antiprotons in cosmic rays. // Preprint YPI-575(62)-82. Yerevan. 1982. 26p.

144. Tan L.C., Ng L.K., Prediction of interstellar antiproton flux using a nonuniform galactic disk model. // Astrophys. J. 1983. V.269. P.751-764.

145. Dogiel V.A., Gurevich A.V., Istomin Ya.N., Problems of cosmic ray acceleration in giant molecular clouds. // Plasma Astrophysics. 1986. ESASP-251. P.287-296.

146. Stephens S.A., Mauger B.G., Adiabatic deceleration of secondary antiprotons in the envelopes of supernova exploding in dense clouds. // Astrophys. Space Sci. 1985. V.110. P.337-350.

147. Sawada О., Fukugita M., Arafune J., Neutron oscillation as a source of cosmic ray antiprotons. // Astrophys. J. 1981. V.248. P.l 162-1165.

148. Кузьмин B.A., СР-неинвариантность и барионная асимметрия Вселенной. // Письма в АЖ. 1970. Т. 12. С.335-337.

149. Sivaram С., Krishan V., Neutron oscillation as a source of excess sub-GeV antiprotons in galactic cosmic rays. //Nature. 1982. V.299. P.427-428.

150. Шкловский И.С., Сверхновые звезды. M.: Наука, 1976. 440с.

151. Dermer C.D., Ramaty R., Neutron and antineutron production in accretion onto compact objects. // Accretion Processes in Astrophysics, eds. J.Audouze and J.Tran Thanh Van (Editions Frontieres). 1986. P.85.

152. Dermer C.D., Compact source origin of cosmic ray antiprotons. // Lowrence Livermore National Laboratory. Preprint UCRL-100343. 1989. P.l-3.

153. Hawking S.W., Black hole explosions?. // Nature. 1974. V.248. P.30-31.

154. Carr BJ., Some cosmological consequences of primordial black-hole evaporations. // Astrophys. J. 1976. V.206. P.8-25.

155. Гинзбург В Л., "Испарение" черных дыр и фундаментальная длина. // Письма в АЖ. 1975. Т.22. С.514-515.

156. Kiraly P., Szabelski J., Wdowczyk J., Wolfendale A.W., Antiprotons in the cosmic radiation. // Nature. 1981. V.293. P.120-122.

157. Turner M.S., Could primordial black holes be the source of the cosmic ray antiprotons? // Nature. 1982. V.297. P.379-381.

158. Page D.F., Hawking S.W., Gamma rays from primordial black holes. // Astrophys. J. 1976. V.206. P. 1-7.

159. Stecker F.W., Protheroe RJ., Kasanas D., Cosmic ray antimatter: is it primary or secondary? // Proc. 17th Intern. Cosmic Ray Confer. Paris. 1981. V.9. P.211-214.

160. Stephens S.A., Golden R.L., The role of antiprotons in cosmic-ray physics. // Space Sci. Rev. 1987. V.46. P.31-91.

161. Labrador A.W., Mewaldt R.A., Effects of solar modulation of the low-energy cosmic-ray antiproton/proton ratio. // Astrophys. J. 1997. V.480. P.371-376.

162. Simon M., Molnar A., Roesler S., A new calculation of the interstellar secondary cosmic-ray antiprotons. // Astrophys. J. 1998. V.499. P.250-257.

163. Barrau A., Boudoul G., Donato F. et al., Antiprotons from primordial black holes. // astro-ph/0112486 vl 20 Dec 2001. P.l-29.

164. Alexandreas D.E., Allen G.E., Berley D. et al. New limit on the rate-density of evaporating black holes. // Phys.Rev.Lett. 1993. V.71. P.2524-2527.

165. Semikoz D.V., On the detection of individual primordial black hole explosions. // Astrophys. J. 1994. V.436. P.254-256.

166. MacGibbon J.H., Carr В J., Cosmic rays from primordial black holes. // Astrophys. J. 1991. V.371. P.447-469.

167. Bergstrom L., Edsjo J., Ullio P., Cosmic antiprotons as a probe for supersymmetric dark matter? // astro-ph 9902012 1 Feb 1999. P.l-22.

168. Donato F., Antimatter from supersymmetric dark matter. // hep-ph/0006188 16 Jun 2000. P.l-8.

169. Allkofer O.C., Brockhausen D., The flux of secondary antideuterons and antihelium produced in the interstellar medium. // Astrophys.Space Sci. 1985. V.109. P.145-148.

170. Chardonnet P., Orloff J., Salati P., The galactic antideuterium production in a diffusion model. // Proc. 23th Intern. Cosmic Ray Confer. Durban. 1997. V.4. P.249-252.

171. Fargion D., Khlopov M., Antimatter bounds by anti-asteroids annihilations on planets and Sun. // hep-ph/01091333 v3 19 Mar 2002. P.l-5.

172. Cohen A.G., De Rujula A., Glashow S.L., A matter-antimatter Universe? // AstrophysJ. 1998. V.495. P.539-549.

173. Bell M., Calvetti M., Carron G. et al., Antiproton lifetime measured in the ICE storage ring using a counter technique. // Phys.Lett. 1979. V.86B. N2. P.215-219.

174. Cabrielse G., Fei X., Orozco L.A. et al, Thousandfold improvement in the measured antiproton mass. // Phys.Rev.Lett. 1990. V.65. N11. P.1317-1324.

175. Geer S., Marriner J., Ray R. et al., Search for antiproton decay at the Fermilab antiproton accumulator. // Phys.Rev.Lett. 1994. V.72J411. P.1596-1599.

176. Geer S., Marriner J., Martens M. et al., New limit on CPT violation. // Phys.Rev.Lett. 2000. V.84. N4. P.590-593.

177. Geer S.H., Kennedy D.C., A new limit on the antiproton lifetime. // AstrophysJ. 2000. V.532. P.648-652.

178. Reimer O., Davis A.J., Barbier L.M. et al., Cosmic ray isotopes from 0.2 to 3.0 GeV/nucleon. // Proc. 24th Intern. Cosmic Ray Confer. Rome. 1995. V.2. P.614-617.

179. Lamanna G., Alpat В., Battiston R. et al., Measurement of deuteron spectra in low Earth orbit with the Alpha Magnetic Spectrometer. // Proc. 27th Intern. Cosmic Ray Confer. Hamburg. 2001. P.1614-1617.

180. Vannuccini E., Ambriola M., Bartalucci S. et al., High energy deuteron measurement with the CAPRICE98 experiment. // Proc. 27th Intern. Cosmic Ray Confer. Hamburg. 2001. P. 16381641.

181. Golden R.L., Stephens S.A., Webber W.R., Results of a search deuterium at 25-50 GV/c using a magnetic spectrometer. // Proc. 19th Intern. Cosmic Ray Confer. La Jolla. 1985. V.2. P.68-71.

182. Mewaldt R.A., The abundances of isotopes in the cosmic radiation. // 1989. AIP Conf. Proc. 183. Cosmic Abundances of Matter (Minneapolis), ed. CJ.Waddington. New York. AIP. P. 124-147.

183. Будагов Ю.А., Мерзон Г.И., Ситар Б., Чечин В.А., Ионизационные измерения в физике высоких энергий. М.: Энергоатомиздат, 1988. 224с.

184. Sternheimer R.M., Peierls R.F., General expression for the density effect for the ionization loss of charged particles. // Phys.Rev.B. 1971. V.3. N11. P.3681-3692.

185. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Крутьков С.Ю. и др., Идентификатор релятивистских частиц для баллонного магнитного спектрометра. // Краткие сообщения по физике ФИ АН. 1994. N1-2. Р.41-44.

186. Bogomolov E.A., Vasilyev G.I., Knit'kov S.Yu., The identifiers of relativistic particles for cosmic researches. // Preprint IPTI N1729. St.Petersburg. 1999. 30p.

187. Hancock S., James F., Movchet J. et al., Energy loss and energy straggling of protons and pions in the momentum range 0.7 to 115 GeV/c. // Phys.Rev.A. 1983. V.28. N2. P.615-620.

188. Bower C.R., Beach A.S., Beatty J J. et al., The HEAT-pbar Cosmic Ray Antiproton Experiment. // Proc. 26th Intern. Cosmic Ray Confer. Salt Lake City. 1999. V.5. P.13-16.

189. Labrador A.W., Beach A.S., Beatty J J. et al., Particle Identification with the HEAT dE/dx vs. Rigidity Detector System. // Proc. 26th Intern. Cosmic Ray Confer. Salt Lake City. 1999. V.3. P.97-100.

190. Coutu S., Beach A.S., Beatty JJ. et al., Positron measurements with the HEAT-pbar instrument. // Proc. 27th Intern. Cosmic Ray Confer. Hamburg. 2001. P.1687-1690.

191. Bogomolov E.A., Torsti J., Kelha V. et al., GAP-SFINCS. A joint Soviet-Finnish Cosmic Spectrometer for investigations of Galactic Antiprotons. // Project. Turku 1991. p.53.

192. Objectives and feasibility of the Russian-Italian Mission program in Astroparticle Physics. Rome 1993.

193. Adriani O., Alpat В., Barbiellini G. et al., The Magnetic Spectrometer PAMELA for the Study of Cosmic Antimatter in Space. // Proc. 24th Intern. Cosmic Ray Confer. Rome. 1995. V.3. P.591-594.

194. The PAMELA collaboration. The PAMELA experiment. // Proc. 26th Intern. Cosmic Ray Confer. Salt Lake City. 1999. V.5. P.96-99.

195. The PAMELA collaboration. The PAMELA Transition Radiation Detector. // Proc. 26th Intern. Cosmic Ray Confer. Salt Lake City. 1999. V.5. P.124-127.

196. The PAMELA collaboration. The microstrip Silicon magnetic spectrometer of the PAMELA experiment. // Proc. 26th Intern. Cosmic Ray Confer. Salt Lake City. 1999. V.5. P.116-119.

197. The PAMELA collaboration. A Silicon-Tungsten Imaging Calorimeter for PAMELA. // Proc. 26th Intern. Cosmic Ray Confer. Salt Lake City. 1999. V.5. P.187-190.

198. The PAMELA collaboration. Measurement of primary protons and electrons in the energy range of 10ll-1013 eV in the PAMELA experiment. // Proc. 27th Intern. Cosmic Ray Confer. Hamburg. 2001. P.921-924.

199. Bonvicini V., Barbiellini G., Boezio M. et al., The PAMELA experiment in space. // Nucl. Instr. Meth.A. 2001. V.461. P.262-268.

200. Kobayashi Т., Nishimura J., Komori Y. et al., High Energy Cosmic-Ray Electrons Beyond 100 GeV. // Proc. 26th Intern. Cosmic Ray Confer. Salt Lake City. 1999. V.3 P.61-64.

201. The AMS Collaboration. Leptons in Near Earth Orbit. // Phys.Lett.B. 2000. V.484. P.10-22.

202. Huang M.A., Physics Results From Alpha Magnetic Spectrometer 1998 Shuttle Flight. // astro-ph/0104229 13 Apr 2001. P. 1-14.

203. Huang M.A., New Results from AMS cosmic ray measurements. // astro-ph/0203075 vl 6 Mar 2002. P. 1-11.

204. The AMS Collaboration. Protons in Near Earth Orbit. // Phys.Lett.B. 2000. V.472. P.215-226.

205. The AMS Collaboration. Cosmic Protons. // Phys.Lett.B. 2000. V.490. P.27-35.

206. The AMS Collaboration. Helium in Near Earth Orbit. // Phys.Lett.B. 2000. V.494. P.193-202.

207. Barrau A., AMS: A Particle Observatory in Space. // astro-ph/0103493 29 Mar 2001. P.l-5.

208. Moskalenko I.V., Christian E.R., Moiseev A.A., Antiprotons below 200 MeV in the interstellar medium: perspectives for observing exotic matter signatures. // astro-ph/0102207 vl 12 Feb 2001. P.l-4.

209. Ullio P., Signatures of exotic physics in antiproton cosmic ray measurements. // astro-ph/9904086 vl 7 Apr 1999.

210. Baltz E.A., Edsjo J., Positron propagation and fluxes from neutralino annihilation in the halo. // Phys. Rev.D. 1998. V.59. P.023511-1-023511-13.

211. Moskalenko I.V., Strong A.W., Production and propagation of cosmic-ray positrons and electrons. // Astrophys. J. 1998. V.493. P.694-707.

212. Barwick S.W., Beatty JJ., Bhattacharyya A. et al., Measurements of cosmic-ray positron fraction from 1 to 50 GeV. // Astrophys. J. 1997. V.482. L191-194.

213. Березинский B.C., Буланов C.B., Гинзбург BJI. и др., Астрофизика космических лучей (под ред. ВЛ.Гинзбурга). М.: Наука. 1990. 528с.

214. Moskalenko I.V., Strong A.W., Mashnik S.G., Ormes J.F., Chellenging cosmic ray propagation with antiprotons. Evidence for a "fresh" nuclei component? // astro-ph/0210480 vl 22 Oct 2002. P.l-18.

215. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Крутьков С.Ю. и др., Поиск антиматерии в космических лучах. // Журн. тех. физ. 1999. Т.69. Вып.9. С.99-103.

216. Bogomolov Е.А., Vasil'ev G.I., Krut'kov S.Yu. et al., The search for antimatter in cosmic rays. // Technical Physics. 1999. V.44. N9. P.1089-1092.

217. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Крутьков С.Ю., Анализ фоновых условий при измерениях с прибором «ПАМЕЛА». // Научная сессия МИФИ-99. Сборник научных трудов. М.: МИФИ. 1999. Т.4. С.50-51.

218. Bogomolov E.A., Vasilyev G.I., Krut'kov S.Yu. et al., Antiprotons and deuterons in galactic cosmic rays. // 18th European Cosmic Ray Symposium. Moscow.2002. OG1.1.

219. Богомолов Э.А., Васильев Г.И., Крутьков С.Ю. и др., Антипротоны и дейтоны в галактических космических лучах. Изв. РАН. Сер.физ. 2003. Т.67. N4.C.44S--4S2 •