Please use this identifier to cite or link to this item:
https://elib.bsu.by/handle/123456789/321366| Title: | Моделирование высокоэнергетических электромагнитных ливней в ориентированных кристаллах |
| Other Titles: | Simulation of the high-energy electromagnetic showers in oriented crystals / V. V. Tikhomirov, V. V. Haurylavets, A. S. Lobko, M. S. Sachyuka, S. L. Cherkas |
| Authors: | Тихомиров, В. В. Гавриловец, В. В. Лобко, А. С. Сочивко, Н. С. Черкас, С. Л. |
| Keywords: | ЭБ БГУ::ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ::Физика |
| Issue Date: | 2024 |
| Publisher: | Минск : БГУ |
| Citation: | Журнал Белорусского государственного университета. Физика = Journal of the Belarusian State University. Physics. – 2024. – № 3. – С. 50-61 |
| Abstract: | Образующие электромагнитные ливни последовательности процессов излучения гамма-квантов электронами и позитронами и рождения электрон-позитронных пар гамма-квантами играют существенную роль в формировании спектров астрофизических источников жесткого излучения, прохождении космического излучения через атмосферу, а также измерении энергии электронов, позитронов и гамма-квантов электромагнитными калориметрами, используемыми в физике высоких энергий и на орбитальных гамма-телескопах. Обширные теоретические и экспериментальные исследования 1950–80-х гг. показали, что при движении частиц под углами порядка градуса и менее к осям и плоскостям кристаллов процессы рассеяния, излучения и рождения пар демонстрируют когерентную природу и претерпевают качественные изменения. В зависимости от атомного номера вещества кристалла степень когерентного увеличения интенсивности излучения и вероятности рождения пар в нем достигает 10–100 раз при энергиях частиц от десятых долей до единиц тераэлектронвольта, приводя к настолько же масштабному уменьшению эффективной радиационной длины, характеризующей скорость развития ливня. Для моделирования высокоэнергетических электромагнитных ливней в ориентированных кристаллах в статье представлена программа, сочетающая развитые нами и протестированные совместно с исследователями из Университета Феррары и Национального института ядерной физики (INFN) (Италия) в Европейском центре ядерных исследований (CERN) методы описания когерентных процессов рассеяния, излучения и рождения пар в кристаллической решетке при высоких энергиях и малых отклонениях импульсов частиц от главного кристаллического направления с алгоритмами инструментария Geant4 для моделирования аналогичных процессов в приближении аморфной среды при низких энергиях и больших отклонениях импульсов частиц. Программа может быть использована как для проведения надежных расчетов характеристик электромагнитных ливней в кристаллах в настоящее время, так и для внедрения усовершенствованных теоретических подходов в целях повышения точности и производительности расчетов в будущем. |
| Abstract (in another language): | The sequences of processes of gamma-quanta emission by electrons and positrons and of the production of electron-positron pairs by gamma-quanta that form electromagnetic showers play the significant role in the formation of the spectra of hard electromagnetic radiation of astrophysical sources, in the passage of cosmic radiation through the atmophere, as well as in the measurement of the energy of electrons, positrons and gamma-quanta by electromagnetic calorimeters, used in high-energy physics and on orbital gamma-ray telescopes. Extensive theoretical and experimental studies have showed in the 1950–80s, that when particles move at angles of the order of a degree or less with respect to the axes and planes of crystals, the processes of scattering, radiation and pair production exhibit a coherent nature and undergo qualitative changes. Depending on the atomic number of a crystal ions, the degree of coherent increase in the radiation intensity and the probability of pair production multiply 10–100 times at energies from tenths to units of teraelectronvolt, leading to an equally large-scale reduction in the effective radiation length, which characterises the rate of a shower development. To numerically simulate high-energy electromagnetic showers in the oriented crystals, the programme has been developed that combines the methods for describing coherent processes of scattering, radiation and pair production in a crystal lattice at high energies and small deviations of particle momenta from the main crystalline directions, developed by us and tested jointly with scientists from the University of Ferrara and the National Institute for Nuclear Physics (INFN) (Italy) at the European Centre for Nuclear Research (CERN), with the Geant4 toolkit algorithms for simulating similar processes in the approximation of an amorphous medium at low energies and large deflections. The programme can be used both for reliable simulations of the characteristics of electromagnetic showers in crystals at present and for implementation of upgraded theoretical approaches in order to improve the accuracy and productivity of simulations in the future. |
| URI: | https://elib.bsu.by/handle/123456789/321366 |
| ISSN: | 2520-2243 |
| Sponsorship: | Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект Ф22МЦ-006 «Разработка средств моделирования процессов излучения гаммаквантов электронами и позитронами, образования электрон-позитронных пар гамма-квантами высоких энергий и каскадных последовательностей этих процессов в ориентированных кристаллах и их приложений в физике высоких энергий»). = The work was carried out with the financial support of the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (project F22MC-006 «Development of means for simulating the processes of gamma-quanta emission by electrons and positrons, the production of electron-positron pairs by high-energy gamma-quanta and cascade sequences of these processes in oriented crystals and their applications in high-energy physics»). |
| Licence: | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Appears in Collections: | 2024, №3 |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.