Skip to main content
Log in

Cosmic-ray propagation in the atmosphere

Распространение космических лучей в атмосфере

  • Published:
Il Nuovo Cimento A (1965-1970)

Summary

An essentially analytical theory of atmospheric cosmic-ray propagation is developed on the basis of a phenomenological model of hadron-nucleus collisions. This model correctly predicts the sea-level cosmic-ray nucleon, pion and muon spectra, the cosmic-ray ionization profile in the atmosphere, and neutron flux and density profiles in the atmosphere. It is concluded that the large-scale properties of atmospheric cosmic rays can be accurately predicted on the basis of a purely nucleonic cascade as a result of which all secondaries are mediated by pion production. Implications for energy independence of cross-sections, the recent 70 GeV results from Serpukhov, and nucleonic relaxation rates in the atmosphere are discussed.

Riassunto

Si sviluppa una teoria essenzialmente analitica della propagazione atmosferica dei raggi cosmici sulla base di un modello fenomenologico delle collisioni adrone-nucleo. Questo modello prevede correttamente gli spettri delle componenti muonica, pionica e nucleonica dei raggi cosmici al livello del mare, il profilo di ionizzazione dei raggi cosmici nell'atmosfera ed il flusso e i profili di densità dei neutroni nell'atmosfera. Si conclude che le proprietà a grande scala dei raggi cosmici possono essere previste accuratamente sulla base di una cascata puramente nucleonica in conseguenza della quale tutti i secondari hanno per intermediario la produzione di pioni. Si discutono le implicazioni per l'indipendenza dall'energia delle sezioni d'urto, i recenti risultati a 70 GeV ottenuti a Serpukhov ed i rapporti di rilassamento nucleonico nell'atmosfera.

Резюме

На основе феноменологической модели адрон-ядерных соудареиий развивается, по существу, аналитическая теория распространения космических лучей в атмосфере. Эта модель правильно предсказывает спектры космических нуклонов, пионов и мюонов на уровне моря, ионизационный профиль профиль космических лучей в атмосфере и профили потока и плотности нейтронов в атмосфере. Утверждается, что основные свойства космических лучей в атмосфере могут быть аккуратно предсказаны на основе чисто нуклонных каскадов, в результате которых все вторичные частицы являются промежуточным звеном для рождения пионов. Обсуждаются следствия этой модели для энергетической зависимости поперечных сечений, полученных недавно результатов при энергии 70 ГэВ в Серпухове, и для интенсивностей нуклонных релаксаций.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Similar content being viewed by others

Literatur

  1. K. O'Brien:Journ. Geophys. Res.,75, 4357 (1970).

    Article  ADS  Google Scholar 

  2. Y. Fujimoto andS. Hayakawa:Cosmic rays and high-energy physics, inEncyclopedia of Physics, Vol.46/2 (Berlin, 1967), p. 115.

  3. R. Hagedorn andJ. Ranft:Suppl. Nuovo Cimento,6, 169 (1968).

    Google Scholar 

  4. R. G. Alsmiller jr. andJ. Barish: ORNL-3855 (1965).

  5. K. O'Brien:Nucl. Instr. Meth.,72, 93 (1969).

    Article  Google Scholar 

  6. G. Cocconi, L. J. Koester andD. H. Perkins: UCRL-10022, p. 167–190 (1961).

  7. G. Trilling: Lawrence Radiation Laboratory Report UCID-10148 (1966).

  8. T. A. Gabriel, R. G. Alsmiller jr. andM. P. Guthrie: ORNL-4542 (1970).

  9. J. Ranft andT. Borak:Improved nucleon-meson cascade calculations, FN-193, 1100.0, National Accelerator Laboratory (1969).

  10. U. Camerini, J. H. Davies, P. H. Fowler, C. Franzinetti, H. Muirhead, W. O. Lock, D. H. Perkins andG. Yekutieli:Phil. Mag.,42, 1241 (1951).

    Article  Google Scholar 

  11. H. Meyer, M. W. Teucher andE. Lohrmann:Nuovo Cimento,28, 1399 (1963).

    Article  Google Scholar 

  12. H. W. Bertini:Phys. Rev.,188, 1711 (1969).

    Article  ADS  Google Scholar 

  13. R. G. Alsmiller jr.,F. S. Alsmiller andJ. E. Murphy: ORNL-3289 (1963).

  14. R. G. Alsmiller jr.,F. S. Alsmiller andJ. B. Barish: ORNL-3854 (1967).

  15. S. A. Kronrod:Nodes and Weights of Quadrature Formulas, (New York, 1965).

  16. C. Passow:Phenomenologische Theorie zur Berechnung einer Kaskade aus schweren Teilchen (Nukleonenkaskade) in der Materie, DESY Notiz A 2.85 (1962).

  17. F. S. Alsmiller: ORNL-3746 (1965).

  18. R. K. Adair:Phys. Rev.,172, 1370 (1968).

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. T. W. Armstrong andR. G. Alsmiller jr.:The nucleon-meson cascade in iron induced by 1and 3 GeVprotons, in ORNL-RSIC-25, ANS-SD-9;Shielding Benchmark Probl]Literaturems, edited byA. E. Profio, Oak Ridge National Laboratory (1970).

  20. K. O'Brien:Nucl. Instr. Meth., in press (1970).

  21. C. D. Zerby andH. S. Noran: ORNL-3320 (1962).

  22. H. Beck: USAEC Report HASL-213 (1969).

  23. L. J. Gleeson andW. I. Axford:Can. Journ. Phys.,46, S937 (1968).

    Article  Google Scholar 

  24. P. S. Freier andC. J. Waddington:Space Sci. Rev.,4, 313 (1965).

    Article  ADS  Google Scholar 

  25. A. Ehmart:Proceedings of the International Conference on Cosmic Rays (Moscow, 1959) Vol.4, 140 (1960).

    Google Scholar 

  26. P. S. Freier andC. J. Waddington:Proceedings of the Ninth International Conference on Cosmic Rays (London, 1965); Vol.1, 176 (1966).

    Google Scholar 

  27. B. Peters:Cosmic rays, inHandbook of Physics, edited byE. U. Condon andH. Odishaw (New York, 1958), p. 9.

  28. H. V. Neher:Journ. Geophys. Res.,72, 1527 (1967).

    Article  ADS  Google Scholar 

  29. F. K. Richtmeyer, E. H. Kennard andT. Lawritsen:Introduction to Modern Physics (5th Edition) (New York, 1955), p. 566.

  30. G. Lemaitre andM. S. Vallarta:Phys. Rev.,50, 493 (1936).

    Article  ADS  Google Scholar 

  31. G. Brooke andA. W. Wolfendale:Proc. Phys. Soc.,83, 843 (1964).

    Article  ADS  Google Scholar 

  32. F. Ashton andR. B. Coats:Journ. Phys. A,1, 169 (1968).

    Article  ADS  Google Scholar 

  33. G. Brooke, M. A. Meyer andA. W. Wolfendale:Proc. Phys. Soc.,83, 871 (1964).

    Article  ADS  Google Scholar 

  34. B. G. Owen andJ. G. Wilson:Proc. Phys. Soc.,68, 409 (1955).

    Article  ADS  Google Scholar 

  35. J. E. R. Holmes, B. G. Owen andA. L. Rodgers:Proc. Phys. Soc.,78, 505 (1961).

    Article  ADS  Google Scholar 

  36. M. Gardener, D. G. Jones, F. E. Taylor andA. W. Wolfendale:Proc. Phys. Soc.,80, 697 (1962).

    Article  ADS  Google Scholar 

  37. P. J. Hayman andA. W. Wolfendale:Proc. Phys. Soc.,80, 710 (1962).

    Article  ADS  Google Scholar 

  38. R. J. Stefanski, R. K. Adair andH. Kasha:Phys. Rev. Lett.,20, 950 (1968).

    Article  ADS  Google Scholar 

  39. M. George:Journ. Geophys. Rev.,75, 3693 (1970).

    Article  ADS  Google Scholar 

  40. W. M. Lowder andH. L. Beck:Journ. Geophys. Res.,71, 4661 (1966).

    Article  ADS  Google Scholar 

  41. W. N. Hess, E. H. Canfield andR. E. Lingenfelter:Journ. Geophys. Res.,66, 665 (1961).

    Article  ADS  Google Scholar 

  42. G. Boella, G. Degli Antoni, C. Dilworth, G. Giannelli, E. Ricco, L. Scarsi andD. Shapiro:Nuovo Cimento,29, 103 (1963).

    Article  Google Scholar 

  43. G. Boella, G. Degli Antoni, C. Dilworth, M. Panetti, L. Scarsi andD. S. Intriligator:Journ. Geophys. Res.,70, 1019 (1965).

    Article  ADS  Google Scholar 

  44. M. Yamashita, L. D. Stephens andH. W. Patterson:Journ. Geophys. Res.,71, 3817 (1966).

    Article  ADS  Google Scholar 

  45. C. L. Yuan:Phys. Rev.,81, 175 (1951).

    Article  ADS  Google Scholar 

  46. R. Gold:Phys. Rev.,165, 1411 (1968).

    Article  ADS  Google Scholar 

  47. R. F. Miles:Journ. Geophys. Res.,69, 1277 (1964).

    Article  ADS  Google Scholar 

  48. R. F. Miles: Thesis, California Institute of Technology (1963).

  49. R. C. Haymes:Phys. Rev.,116, 1231 (1959).

    Article  ADS  Google Scholar 

  50. R. K. Soberman:Phys. Rev.,102, 1399 (1956).

    Article  ADS  Google Scholar 

  51. H. E. Bergeson, J. W. Keuffel, M. O. Larson, G. W. Mason andJ. L. Osborne:Phys. Rev. Lett.,21, 1089 (1968).

    Article  ADS  Google Scholar 

  52. Y. B. Bushnin, S. P. Denisov, S. V. Donskov, A. F. Dunaitsev, Y. P. Gorin, V. A. Kachanov, Y. S. Khodirev, V. I. Kotov, V. M. Kutyin, A. I. Petrukhin, Y. D. Prokoshkin, E. A. Razuvaev, R. S. Shuvalov, D. A. Stoyanova, J. V. Allaby, F. Binon, A. N. Diddens, P. Duteil, G. Giacomelli, R. Meunier, J.-P. Peigneux, K. Schlupmann, M. Spighel, C. A. Stahlbrandt, J.-P. Stroot andA. M. Wetherell:Phys. Lett.,29 B, 48 (1969).

    Article  ADS  Google Scholar 

  53. A. M. Wetherell:Selected Topics in Particle Physics, edited byJ. Steinberger (New York, 1968).

  54. N. A. Simionati de Fritz andA. A. Cicchini:Nuovo Cimento,40 B, 220 (1967).

    Article  ADS  Google Scholar 

  55. A. G. McNish:Terrest. Magnetism Atmospheric Elec.,41, 37 (1936).

    Article  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Additional information

To speed up publ]Literaturication, the author of this paper has agreed to not receive the proofs for correction.

Traduzione a cura della Redazione.

Перебедено редакцией.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

O'Brien, K. Cosmic-ray propagation in the atmosphere. Nuov Cim A 3, 521–547 (1971). https://doi.org/10.1007/BF02823324

Download citation

  • Received:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF02823324

Navigation