Kosmische Strahlung: Vorträge Gehalten im Max-Planck-Institut für Physik Göttingen

Einführung.- Übersicht über den heutigen Stand der Kenntnisse von der kosmischen Strahlung.- a) Genetik der kosmischen Strahlung.- b) Die Nukleonenkomponente und ihre Sekundärstrahlung.- c) Die durchdringende Komponente.- d) Die weiche Komponente.- I. Die Herkunft der kosmischen Strahlung.- 1. Einfluß des Erdmagnetfeldes.- a) Bewegungsgleichung.- b) Isotrope Strahlung.- c) Solare Strahlung.- d) Einfluß des solaren Magnetfeldes?.- 2. Empirische Daten über die Primärkomponente.- a) Energiespektrum.- b) Massenspektrum.- 3. Zeitliche Schwankungen.- a) Meteorologische Einflüsse.- b) Periodische Schwankungen.- c) 27 Tage-Variation.- d) Plötzliche Anstiege.- 4. Die Entstehung der Höhenstrahlung.- a) Allgemeines.- b) Interstellare Magnetfelder.- c) Beschleunigung in induzierten elektrischen Feldern.- d) Fermis Nachbeschleunigungsmechanismus, die interstellare Ausbreitung der Höhenstrahlung.- e) Die stellare Erzeugung der Höhenstrahlung.- II. Nukleonen und ?-Mesonen.- 1. Die Nukleonenkomponente in der Atmosphäre.- 2. “Sterne” in photographischen Platten.- a) Allgemeines.- b) Die Höhenabhängigkeit der „Sterne”.- c) Energiereiche Zusammenstöße.- d) Das Sterngrößendiagramm.- e) Sterne hinter schwerem Material.- 3. Durchdringende Schauer. (Zählrohr- und Nebelkammermessungen.).- a) Die Natur der Teilchen.- b) Die Wechselwirkung der Teilchen.- 4. Stöße in Ionisationskammern.- a) Untersuchungen an Kernstößen.- b) Beobachtungen an Ionisationskammerstößen unter der Erdoberfläche und in großen Höhen.- 5. Empirisches über Eigenschaften der ?-Mesonen.- a) Die Entdeckung des ?-Mesons, allgemeine Eigenschaften.- b) Künstliche Erzeugung der ?-Mesonen.- c) Masse der ?-Mesonen.- d) Ladung der Mesonen.- e) Lebensdauer der ?-Mesonen.- f) Spin der geladenen und ungeladenen Mesonen.- g) Absorption negativer Mesonen (?-Sterne).- h) Wirkungsquerschnitte für ?-Mesonen beim Stoß mit Kernen.- i) Erzeugung von ?-Mesonen in der Höhenstrahlung, durchdringende Schauer.- j) Spektrum der ?-Mesonen und ihre Rolle in der Höhenstrahlung.- 6. ?-Mesonen und ?-Strahlung.- a) Theorie des ?°-Zerfalls.- b) Künstliche Erzeugung von ?-Mesonen.- c) ?°-Mesonen in der Höhenstrahlung.- d) Zusammenfassung.- 7. Theorie der Explosionsschauer.- a) Vielfacherzeugung als Folge starker Wechselwirkung.- b) Die Stoßwellengleichung.- c) Vergleich mit der Erfahrung.- 8. Kaskaden im Atomkern.- a) Vorstellungen zur Sternentstehung.- b) Elementarprozesse.- c) Kaskaden im Atomkern.- 9. Kernverdampfungen in Photoplatten.- a) Kernzertrümmerungen durch im Fluge befindliche Teilchen.- b) Von langsamen, negativen ?-Mesonen hervorgerufene Kernreaktionen (?-Sterne).- 10. Theorie der Verdampfungsprozesse bei Kernexplosionen.- a) Überblick.- b) Einige meßbare Größen in Photoplatten.- c) Theorie des einzelnen Verdampfungsprozesses.- d) Theorie der sukzessiven Verdampfung.- e) Vergleich mit dem Experiment.- 11. Neutronen in der Atmosphäre.- a) Die Höhen Verteilung der Neutronen.- b) Die Neutronenproduktion in der Atmosphäre.- 12. Schwere instabile Teilchen.- a) Die V-Teilchen.- b) Die Teilchen ?, ?, ?.- III. ?-Mesonen.- 1. Historische Ältere Untersuchungen.- 2. Masse des ?-Mesons.- 3. Zerfall und Einfang der ?-Mesonen.- a) ß-Spektrum.- b) Zerfallszeit und Einfang ruhender ?-Mesonen.- 4. Theorie des ?-e-Zerfalls und des ?-Einfangs.- a) Übersicht über die Prozesse.- b) Abbremsung und elektrostatischer Einfang.- c) Phänomenologische Behandlung des Kerneinfangs.- d) Quantentheorie des Kerneinfangs.- e) Zerfall der ?-Mesonen in Elektronen.- f) Ergänzungen.- 5. Kernstöße schneller ?-Mesonen.- A. Experimente.- a) Photoplattenexperimente.- b) Weitere Experimente zur Erzeugung durchdringender Teilchen unter Grund.- c) Erzeugung von Neutronen unter Grund.- d) Zählrohrexperimente auf Seehöhe.- e) wilson-Kammerexperimente auf Seehöhe.- B. Theorie.- a) Zur Definition des Wirkungsquerschnittes.- b) tiomno-wheeler Kopplung.- c) Elektromagnetische Deutung.- 6. ?-Mesonen in der Atmosphäre.- a) Problem.- b) Empirische Gesamtintensitäten.- c) Empirische Spektren.- d) Höhenabhängigkeit energiearmer ?-Mesonen nach.- e) Das Quellspektrum der ?-Mesonen nach.- f) Positiver Überschuß.- 7. Kosmische Strahlung unter Grund.- a) Historischer Überblick.- b) Theoretische Vorüberlegungen.- c) Messungen der Tiefenabhängigkeit der Gesamt- und Vertikalintensität.- d) Kritik und Vergleich von Theorie und Experiment.- e) Die Zenithwinkelabhängigkeit der gerichteten Mesonenintensität als Funktion der Reichweite.- f) Absorptionsmessungen.- g) Die weiche Sekundärstrahlung.- h) Beziehungen zu gemischten Luftschauern.- IV. Elektronen-Lichtquantenkomponente.- 1. Überblick über die Elektronen-Lichtquantenkomponente.- 2. Die Einzelprozesse der Elektronen und Lichtquanten.- a) Bremsstrahlung und Paarerzeugung.- b) Ionisationsbremsung.- c) compton-Effekt.- d) Direkte Paarerzeugung durch Elektronen.- e) Die mittleren Winkel bei Paarerzeugung und Bremsstrahlung.- f) Die genauere Form der Wirkungsquerschnitte für Bremsstrahlung und Paarerzeugung.- g) Strahlungslänge und kritische Energie.- 3. Ergebnisse der Kaskadentheorie.- a) Qualitativer Überblick.- b) Historische Übersicht.- c) Die Elektronen in einer Kaskade.- d) Die Photonen in einer Kaskade.- e) Schwankungen.- 4. Empirisches über Elektronen und Photonen.- a) Elektronen und Photonen als Komponente der kosmischen Strahlung.- b) Experimentelle Prüfung der Wirkungsquerschnitte für Bremsstrahlung und Paarbildung.- 5. Direkte Paarerzeugung durch Elektronen.- V. Das Zusammenspiel der Komponenten.- 1. Qualitativer Überblick.- 2. Theorie der Nukleonenkaskade.- a) Die Erzeugungsspektren beim Kernstoß.- b) Theoretische Gesichtspunkte zur Wahl der Parameter ? und ?.- c) Allgemeine Methoden betreffend die Umwandlung der Komponenten ineinander.- d) Die Kaskade der „N-Teilchen”.- 3. Die Entwicklung der Nukleonen-Mesonenkomponente in der Atmosphäre.- a) Das Primärspektrum.- b) Die Nukleonenkomponente als das „Skelett” der kosmischen Strahlung.- c) Die Nukleonenkomponente mittlerer Energie.- d) Die Nukleonenkaskade im Bereich kleiner Energie.- e) Die Beteiligung der ?-Mesonen an der N-Komponente.- f) Das Quellspektrum der ?-Mesonen bei mittlerer und kleinerer Energie.- g) Das ?-Quellspektrum bei höherer Energie.- h) Diffusion eines durch Ionisationsbremsung, Zerfall und Stoß absorbierten Teilchenstroms mit vorgegebener Quell Verteilung.- i) Das Spektrum der ?-Mesonen.- j) Die Winkel Verteilung der ?-Mesonen.- k) Der Positivüberschuß der ?-Mesonen.- l) Der geomagnetische Breiteneffekt.- 4. Allgemeine Theorie der Elektronen-Photonenkaskade.- a) Kaskade mit zwei Teilchenarten.- b) Berücksichtigung der Ionisationsbremsung.- 5. Die Entwicklung der Elektronen-Photonenkomponente in der Luft.- a) Die von Kernreaktionen stammende Komponente.- b) Die von ?-Mesonen erzeugte Komponente.- 6. Experimentelles über große Luftschauer.- a) Die Höhenabhängigkeit.- b) Das Dichtespektrum.- c) Die Struktur der Luftschauer.- d) Die Natur der Teilchen im Luftschauer.- e) Enge Luftschauer.- 7. Eindimensionale Theorie der großen Luftschauer.- a) Nukleonenkomponente.- b) Die ?-Mesonenkomponente.- c) Die Elektronenkomponente.- d) Zusammenhang zwischen Dichtespektrum und Primärspektrum.- 8. Winkel- und räumliche Verteilung der Elektronenkomponente der großen Luftschauer.- a) Frühere Rechnungen.- b) Die mittleren Ablenkungsquadrate.- c) Die Verteilungsfunktionen f(E,?) und f(E,r).- d) Die Verteilungsfunktionen q(?) und q(r).- a) Der elastische Stoß zwischen zwei Teilchen.- b) Der Stoß eines geladenen Teilchens gegen ein isoliertes Atom.- c) Die FERMi-Korrektur für dichte bremsende Medien.- d) Verschiedene Probleme um den Energieverlust geladener Teilchen in der Materie.- e) Probleme um die Vielfachstreuung.- a) Elastische Streuprozesse.- b) Energie Verluste, Ionisation und Reichweite.- a) Die in der Photoplatte meßbaren Größen.- b) Kurze Übersicht über einige theoretische Grundlagen.- c) Empirische Beziehungen zum Zusammenhang zwischen den meßbaren Größen und Ladung, Masse und Geschwindigkeit — bzw. Energie und Impuls — der geladenen Teilchen. Meßmethoden.- 4. Ergänzungen zur Theorie der Elektronen-Photonenkaskade und der großen Luftschauer.- a) Vorgeschichte.- b) Allgemeine Theorie freier Felder.- c) Skalare Theorie.- d) Vektorielle Theorie.- e) Allgemeine Theorie der Wechselwirkung.- a) Parität als Erhaltungsgröße.- b) Anwendungen der Erhaltungssätze.- c) Die Streumatrix.- d) Graphen.- e)Allgemeinere Anwendungen der Graphen.- a) Praktisch-wichtige Formeln aus der Relativitätskinematik.- b) Die GROss-Transformation.- c) Graphische Darstellung der Reichweite, des Energieverlustes und der Streuung.- d) Geomagnetische Weltkarte.- e) Normalatmosphäre.- f) Daten der Elementarteilchen.- g) Universelle Konstanten.- Verzeichnis der Abkürzungen und Formelzeichen.