ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2021, том 84, № 1, с. 77-84

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ

МЮОННАЯ ЗАГАДКА В КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧАХ

И ВОЗМОЖНОСТИ ЕЕ РЕШЕНИЯ

Поступила в редакцию 19.07.2020 г.; после доработки 19.07.2020 г.; принята к публикации 19.07.2020 г.

В истории открытия и проведения исследований как самого мюона, так и мюонной компоненты

космических лучей было немало загадок. Последняя из них — растущий с энергией первичных косми-

ческих лучей избыток групп мюонов большой множественности, который регистрируется в различных

экспериментах. Вторым аспектом мюонной загадки является избыток мюонов сверхвысоких энергий

(больше 100 ТэВ). В статье рассматриваются различные подходы к решению мюонной загадки,

связанные с измерением энергетических характеристик мюонной компоненты космических лучей.

DOI: 10.31857/S0044002721010141

1. ВВЕДЕНИЕ

когда стало ясно, что мюон был первой частицей

из второго поколения кварков и лептонов (наря-

Исторически слова “мюон” и “загадка” были

ду с мюонным нейтрино, s- и c-кварками), хотя

практически синонимами в течение многих лет,

причины существования второго, а также третьего

начиная с открытия этой частицы. После предска-

поколения не ясны до сих пор. Для объяснения

зания Х. Юкавой существования кванта сильного

практически всех объектов и явлений, наблюдае-

взаимодействия в виде частицы с массой, в 200-

мых во Вселенной, достаточно первого поколения.

300 раз превышающей массу электрона, начались

ее поиски в космических лучах. И когда была

Следующий этап появления различных мюон-

зарегистрирована частица с массой ∼200 масс

ных загадок связан с процессами их генерации.

электрона, все решили, что это и есть та самая

Мюоны могут рождаться лишь в двух процессах:

частица, предсказанная Юкавой. Однако дальней-

в распадах более тяжелых мезонов и в элек-

шие эксперименты показали, что обнаруженная

тромагнитных процессах образования мюонных

частица слабо взаимодействует с веществом и име-

пар (μ⁺μ^-)²⁾. Поэтому характеристики потока

ет большую проникающую способность. Эта новая

регистрируемых мюонов широко используются для

частица, позднее названная мюоном, вела себя как

оценки параметров родивших их частиц. Наи-

тяжелый электрон.

больший размах такие эксперименты приобрели

Возник естественный вопрос, чем еще кроме

в космических лучах, в которых присутствуют

массы мюон отличается от электрона? Поиски

частицы с энергиями, недоступными современным

этого отличия велись по двум основным направ-

ускорителям.

лениям: поиск аномального магнитного момента в

экспериментах по измерению (g - 2)/2-отношения,

Мюоны, регистрируемые на поверхности Земли,

которые продолжаются до сих пор, и поиск ано-

образуются в верхних слоях атмосферы в резуль-

мального взаимодействия мюонов по сравнению с

тате распада вторичных частиц, в основном пионов

предсказаниями квантовой электродинамики. Пер-

и каонов, которые генерируются в процессах взаи-

вые эксперименты, особенно по рассеянию мюо-

модействия первичных космических лучей, состоя-

нов на ядрах, давали противоречивые результаты,

щих из ядер различных элементов, с ядрами атомов

но с увеличением точности измерений на более

воздуха: азота и кислорода. Основными характери-

совершенной аппаратуре обнаруженные аномалии

стиками потока мюонов являются энергетический

рассосались, и этот путь решения загадки мюона

спектр и угловое распределение для одиночных

был закрыт.

мюонов и множественность и пространственное

Загадка мюона в значительной степени была

распределение для групп мюонов. При включении

решена спустя 30 лет со времени его открытия,

каких-либо новых процессов генерации мюонов,

¹⁾Национальный исследовательский ядерный университет

²⁾Процесс рождения мюонов от взаимодействия мюонных

“МИФИ”, Москва, Россия.

нейтрино, который очень важен для нейтринных телеско-

^*E-mail: AAPetrukhin@mephi.ru

пов, не дает значимого вклада в общий поток мюонов.

ПЕТРУХИН

зарегистрирован избыток таких мюонов, и IceCube,

10⁶

в котором вначале также был зарегистрирован

избыток мюонов выше 100 ТэВ [4], но при даль-

10⁵

нейшем анализе экспериментальные точки легли на

расчетные кривые [5]. Причина таких разбросов и

10⁴

колебаний — в трудностях измерения энергии мю-

онов в этой области энергий и малой интенсивности

потока мюонов из-за круто падающего энергетиче-

10³

ского спектра космических лучей.

10²

В последние годы доминирует второй аспект

мюонной загадки, так как избыток групп мюонов

зарегистрирован во многих экспериментах. Первые

10¹

указания на возможность существования плотных

групп мюонов большой множественности были по-

10⁰

лучены в экспериментах, проведенных в 60-70-

х гг. прошлого столетия. Но в этих эксперимен-

10^-1

тах возможности надежного измерения количества

10⁰

10¹

10²

30 < ϑ < 60 множественность

мюонов в группах были весьма ограничены из-

за недостаточного пространственного разрешения

Рис. 1. Распределение по множественности мюонов в

детекторов, а энергия первичных частиц не оцени-

эксперименте ALEPH [6].

валась. Так как общепринятые схемы расчета про-

хождения космических лучей через атмосферу в то

время отсутствовали, то ценность этих результатов

например, более тяжелых и короткоживущих ча-

была невелика.

стиц, по сравнению с π- и K-мезонами, должны

изменяться все эти характеристики.

Надежные результаты по измерению количества

мюонов в группах были получены на детекторах

ALEPH, DELPHI и L3, работавших на ускорителе

2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ

LEP, которые имели хорошее пространственное

МЮОННОЙ ЗАГАДКИ

разрешение. На рис. 1 приведено распределение

Термин

“мюонная загадка” в отношении к

событий по множественности мюонов, полученное

современному состоянию исследований мюонной

на детекторе ALEPH [6]. Хорошо видно, что в

компоненты впервые прозвучал во время Между-

области множественностей ∼100 мюонов наблю-

народного симпозиума по будущим направлениям в

дается их избыток по сравнению с расчетами, ос-

физике космических лучей ультравысоких энергий,

нованными на современных моделях взаимодей-

который проходил в ЦЕРН в феврале 2012 г., хотя

ствия частиц и общепринятом описании прохож-

различные аномалии в характеристиках потока

дения космических лучей через атмосферу, даже в

мюонов наблюдались и значительно раньше. В ра-

предположении тяжелого состава первичных кос-

боте [1] были рассмотрены два аспекта мюонной

мических лучей (только ядра железа). Конечно,

загадки: избыток мюонов в инклюзивном энер-

частично этот избыток может быть объяснен за

гетическом спектре мюонов космических лучей

счет вклада хвоста распределения с еще боль-

при сверхвысоких энергиях (>100 ТэВ) и избыток

шими множественностями, которые обрезаются на

групп мюонов большой множественности в широ-

уровне 100 частиц. Но круто падающие энергетиче-

ких атмосферных ливнях, который увеличивается с

ский спектр космических лучей и распределение по

ростом энергии первичных частиц.

множественности мюонов не позволяют объяснить

Проблема образования мюонов быстрой гене-

весь избыток за счет этого эффекта.

рации в области энергий мюонов выше 10 ТэВ,

а тем более выше 100 ТэВ в космических лучах

Более наглядно сложившуюся ситуацию мож-

не решена до сих пор, хотя в экспериментах на

но пояснить на результатах другого эксперимента,

ускорителях были открыты D и другие тяжелые

выполненного значительно позднее на детекторе

и короткоживущие мезоны, которые могут распа-

ALICE [7], в котором можно регистрировать до 300

даться с испусканием мюонов. Обзор данных, по-

мюонов (рис. 2). Из рисунка видно, что до мно-

лученных в области энергий до 100 ТэВ, приведен

жественности мюонов ∼100 распределение хорошо

в работе [2], из которой виден большой разброс

описывается современными моделями в рамках об-

в экспериментальных данных. Для энергий выше

щепринятой программы моделирования CORSIKA

100 ТэВ экспериментальные данные получены в

и соответствует нормальному составу космических

двух экспериментах: BUST [3], в котором был

лучей, по крайней мере, экспериментальные точки

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 84

№1

2021

МЮОННАЯ ЗАГАДКА В КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧАХ

лежат между кривыми для двух предельных случа-

потока мюонов от зенитного угла. С одной стороны,

ев состава: только протоны или только ядра желе-

при увеличении зенитного угла поток обогащается

за. Однако при большей множественности зареги-

мюонами высоких энергий из-за увеличения веро-

стрировано пять событий, которые не описываются

ятности распада пионов и каонов в разреженных

расчетными кривыми, приведенными на рисунке.

слоях атмосферы и энергетический спектр мюонов

Для их объяснения требуются либо очень боль-

становится более пологим. С другой стороны, из-

шие флуктуации в процессах взаимодействия при

за увеличения расстояния, проходимого мюонами

прохождении космических частиц через атмосфе-

в атмосфере, их пространственное распределение

ру, либо включение нового физического процесса,

становится шире и количество мюонов, попадаю-

ответственного за генерацию дополнительного по-

щих в детектор, уменьшается. К тому же для мю-

тока мюонов при сверхвысоких энергиях.

онов под большими зенитными углами необходимо

учитывать влияние магнитного поля Земли, кото-

К сожалению, в перечисленных экспериментах

не было возможности оценивать энергию пер-

рое отклоняет положительно и отрицательно заря-

женные мюоны в разные стороны, тем самым еще

вичных частиц, при которых появляется избыток

более расширяя их пространственное распределе-

групп мюонов. Такая возможность есть у уста-

ние. Поэтому, чтобы получить одинаковую множе-

новок, предназначенных для исследования косми-

ственность мюонов под различными зенитными уг-

ческих лучей и оснащенных ливневыми установ-

лами, необходимо увеличивать энергию первичных

ками для определения мощности ШАЛ, которые

частиц, которые ответственны за генерацию мюо-

позволяют оценить энергию первичной частицы,

нов под большими зенитными углами. Это обсто-

вызвавшей этот ливень. Но для надежной реги-

ятельство открывает возможность оценки энергии

страции групп мюонов необходимо еще одно усло-

первичных частиц по множественности мюонов и

вие: хорошее координатное разрешение мюонных

зенитному углу их появления. Естественно, необ-

детекторов. Обычно в качестве детекторов мюо-

ходимо учитывать условия регистрации, поэтому

нов используются сцинтилляторы, отклик которых

зарегистрированная множественность мюонов m

пропорционален количеству прошедших через них

пересчитывается в локальную плотность мюонов D

частиц. Но при этом нет возможности отличить

по формуле

случаи прохождения чистой группы мюонов от

случая образования одним из мюонов каскадного

ливня, частицы которого могут существенно за-

S_eff

высить количество зарегистрированных мюонов.

где S_eff — эффективная площадь установки для

Обратная ситуация возникает при использовании

данного направления.

газоразрядных детекторов большого размера, в

Такой подход получил название метода спектров

которых нет возможности определить количество

локальной плотности мюонов (метод СЛПМ). По-

частиц, вызвавших их срабатывание. Это обсто-

лученные данным методом результаты исследова-

ятельство может занизить оценку числа мюонов

ния групп мюонов наклонных ШАЛ в эксперименте

при большой множественности. Естественно, при

НЕВОД-ДЕКОР [9, 10] показали, что во всей

уменьшении размеров детекторов вероятность та-

исследованной области первичных энергий наблю-

кой ситуации уменьшается и смещается в сторону

дается рост множественности и, соответственно,

больших множественностей.

локальной плотности мюонов, превышающий рас-

четные значения. И если в области энергий 10¹⁵-

3. ЭКСПЕРИМЕНТ НЕВОД-ДЕКОР

10¹⁷ эВ этот рост может быть объяснен утяжеле-

нием состава первичных космических лучей вплоть

Первым экспериментом, в котором была обес-

до чистого железа, то дальнейшее возрастание этих

печена хорошая пространственная точность изме-

величин по сравнению с результатами моделирова-

рения количества мюонов в группах (порядка 1 см)

ния не может быть объяснено за счет такого эф-

и был применен оригинальный подход к оценке

фекта. Этот результат был получен новым методом,

энергии первичных частиц, стал НЕВОД-ДЕКОР

имеющим к тому же большую неопределенность в

[8]. Этот экспериментальный комплекс, состоящий

оценке энергии первичных частиц, и, естественно,

из двух основных детекторов: черенковского вод-

требовал подтверждения, которое было получено в

ного объемом 2000 м³ и координатно-трекового

эксперименте обсерватории Пьер Оже [11].

площадью 72 м², позволил провести исследования

групп мюонов от первичных частиц с энергиями от

3 × 10¹⁴ до 3 × 10¹⁸ эВ. Столь широкий диапазон

4. СОВРЕМЕННЫЙ СТАТУС

был достигнут за счет регистрации мюонной ком-

МЮОННОЙ ЗАГАДКИ

поненты ШАЛ под большими зенитными углами.

В 2018 г., во время международной конференции

Специфика генерации мюонов в распадах пи-

TeVPA, проходившей в Берлине, была сформиро-

онов и каонов приводит к сильной зависимости

вана рабочая группа из представителей почти всех

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 84

№1

2021

ПЕТРУХИН

Количество событий

10⁸

ALICE

10⁷

10⁶

Data

10⁵

Systematic uncertainty

10⁴

10³

10²

10¹

10⁰

100

150

200

250

300

Количество событий

Количество мюонов

Data

Systematic uncertainty

10¹

Monte Carlo: proton as primary cosmic ray

Monte Carlo: Fe as primary cosmic ray

Monte Carlo: proton fit

Monte Carlo: Fe fit

10¹

ALICE

10⁰

Количество мюонов

Рис. 2. Распределение по множественности мюонов в эксперименте ALICE [3]: a — экспериментальные данные; б —

сравнение с результатами расчетов.

лабораторий, в которых проводились исследова-

массовый состав космических лучей известен из

ния групп мюонов. Руководитель этой группы Х.

прямых измерений.

Дембински предложил для сравнения результатов

Международная рабочая группа свела воедино

различных экспериментов использовать безраз-

результаты практически всех имеющихся экспе-

мерный параметр

риментов для шести наиболее популярных моде-

лей, используемых в программе CORSIKA (рис. 3

- ln Nsimμp

[12, 13]). Совокупность представленных на рисун-

ln N^sim

- ln Nsimμp

ке данных свидетельствует об увеличении множе-

μFe

ственности мюонов в широком интервале первич-

где

— результат измерений множественности,

ных энергий от 10¹⁵ до 10¹⁹ эВ. При этом выше

10¹⁷ наблюдается избыток мюонов, который увели-

плотности мюонов и т. п., Nsimμp и NsimμFe — результат

чивается с ростом энергии первичных частиц. Этот

моделирования той же величины при двух пред-

избыток и является главной проблемой мюонной

положениях о составе первичного космического

загадки.

излучения: только протоны и только ядра железа.

На рис. 4 приведено сопоставление трех круп-

При таких предположениях величина z может

нейших экспериментов по исследованию групп мю-

меняться от 0 до 1. Естественно, значения мо-

онов: IceCube, НЕВОД-ДЕКОР и Pierre Auger,

делированных величин зависят от используемой

из которого видно, что использование наклонных

модели взаимодействия. Это обстоятельство мо-

ШАЛ для исследования групп мюонов позволяет

жет служить своеобразным критерием корректно-

на установке небольшой площади (∼100 м²) пол-

сти модели, так как при энергиях меньше 10¹⁵ эВ

ностью перекрыть возможности IceCube (площадь

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 84

№1

2021

МЮОННАЯ ЗАГАДКА В КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧАХ

EPOS-LHC

QGSJet-II.04

SIBYLL-2.3

Pierre Auger

AMIGA [Preliminary]

Telescope Array

IceCube [Preliminary]

−1

KASCADE-Grande

SIBYLL-2.1

QGSJet-II.03

QGSJet01

EAS-MSU

NEVOD-DECOR

SUGAR^a

Yakutsk [Preliminary]

HiRes-MIA

−1

10¹⁵ 10¹⁶ 10¹⁷ 10¹⁸ 10¹⁹

E, эВ

^aSIBYLL-2.3c instead of SIBYLL-2.3

Рис. 3. Результаты работы международной группы по анализу данных 10 экспериментов [12].

Общий вид комплекса НЕВОД-ДЕКОР

Координатно-

трековый детектор

ДЕКОР (~115 м²)

Черенковский

водный детектор

НЕВОД (2000 м³)

Боковые СМ:

8.4 м²

σ_x ~1 см; σ_y ~1°

Ice Cube

NEVOD-DECOR

Pierre Auger

S = 1 кв. км

S = 100 кв. км (!!!)

S = 3×10³ кв. км

10¹⁵-10¹⁷ эВ

3×10¹⁴-3×10¹⁸ эВ

3×10¹⁸-3×10¹⁹ эВ

2015

2010

2013

Рис. 4. Сравнение трех крупнейших экспериментов по исследованию мюонов ШАЛ.

1 км²) и достичь нижней границы энергий первич-

Во втором, изменение модели взаимодействия. К

ных частиц (3 × 10¹⁸ В), регистрируемых обсерва-

сожалению, прямые эксперименты в обсуждаемой

области энергий невозможны, и вся информация

торией Pierre Auger (площадь 3000 км²). При этом

получается из результатов регистрации ШАЛ. На

важно отметить, что результаты НЕВОД-ДЕКОР

рис. 5 представлены схемы исследования характе-

были получены значительно раньше.

ристик ПКЛ при известной модели взаимодействия

и, наоборот, исследования модели взаимодействия

5. ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕШЕНИЯ

при известных характеристиках ПКЛ [14].

МЮОННОЙ ЗАГАДКИ

Единственная возможность одновременного ис-

В принципе, возможны два подхода к решению

следования характеристик ПКЛ и модели взаи-

мюонной загадки: космо-физический и ядерно-

модействия связана с измерением энергетических

физический. В первом из них причиной появления

характеристик мюонов (рис. 6 [15]). Включение

избытка мюонов являются изменения энергети-

какого-либо нового процесса генерации мюонов

ческого спектра и/или массового состава ПКЛ.

будет приводить к увеличению их количества и

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 84

№1

2021

ПЕТРУХИН

Энергетичес-

Состав

кий спектр

Модель

взаимодействия

ШАЛ

N_ei

ΔE_h

C.C.

x_max

Nμj

N_ei

ΔE_h

C.C.

x_max

Nμj

Рис. 5. Космофизический (a) и ядерно-физический (б) подходы к анализу зарегистрированных характеристик ШАЛ.

энергии. Поэтому существуют два возможных под-

веществом детектора. С этой точки зрения более

хода к решению мюонной загадки: измерение ин-

подходящей для решения такой задачи является

клюзивного энергетического спектра мюонов выше

установка HAWC, предназначенная для исследо-

энергий 100 ГэВ и измерение энеговыделения групп

вания γ-квантов сверхвысоких энергий [16]. Она

мюонов.

также может быть использована для регистрации

мюонов сверхвысоких энергий в горизонтальном

В первом случае требуемая для такого экспе-

потоке космических лучей (рис. 7), где плотность

римента площадь детектора должна быть поряд-

мюонов меньше, а структура установки, состоящей

ка км². Для этой цели могут быть использованы

из отдельных баков, уменьшает вероятность одно-

имеющиеся и строящиеся нейтринные телескопы

временной регистрации двух каскадов от различ-

IceCube, Байкал, KM3Net, которые имеют не толь-

ных мюонов.

ко большую площадь, но и достаточную толщину,

Более простым представляется второй способ.

чтобы использовать их в качестве калориметра или

Для его реализации необходимы два независимых

параметра для регистрации каскадных ливней, ге-

детектора: один координатно-трековый с высо-

нерируемых мюонами сверхвысоких энергий. Ос-

ким пространственным разрешением для измере-

новная трудность в реализации такого эксперимен-

ния количества мюонов в группах, а второй — ка-

та состоит в том, что мюоны сверхвысоких энергий

лориметрический для измерения энерговыделения

сопровождаются большим количеством обычных

групп мюонов, зарегистрированных координатно-

мюонов, которые также будут взаимодействовать с

трековым детектором. В случае изменения мас-

сового состава ПКЛ удельное энерговыделение

Энергетичес-

(рассчитанное на 1 мюон) должно оставаться прак-

Состав

кий спектр

тически постоянным. В случае включения нового

физического процесса и появления мюонов сверх-

высоких энергий удельное энерговыделение начнет

расти, так как энергетические потери мюонов ли-

Модель

нейно растут с их энергией, и появление даже од-

взаимодействия

ного мюона с энергией, в сотни раз превышающей

среднюю энергию мюонов, существенно увеличит

среднее энеговыделение.

ШАЛ

В настоящее время такой эксперимент может

быть проведен только на комплексе НЕВОД-

ДЕКОР, в котором сочетаются два независимых

детектора: ДЕКОР — координатно-трековый де-

N_ei

ΔE_h

C.C.

x_max

Nμj

E_μ

тектор и НЕВОД — черенковский водный кало-

риметр. Такой эксперимент уже проводится, и

первые результаты [17] указывают на возможное

Рис. 6. Включение энергетических характеристик мю-

увеличение удельного энерговыделения в области

онной компоненты в анализ данных ШАЛ.

энергий первичных частиц ∼10¹⁸ эВ. К сожалению,

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 84

№1

2021

МЮОННАЯ ЗАГАДКА В КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧАХ

Рис. 7. Прохождение мюона сверхвысокой энергии через черенковские водные детекторы установки HAWC.

детектор ДЕКОР имеет два серьезных недостатка,

клонных групп мюонов и позволит продвинуться в

которые могут помешать получению надежных

область более высоких энергий, вплоть до 10¹⁹ эВ.

данных по энерговыделению групп мюонов. Во-

первых, стримерные трубки, из которых собран

ДЕКОР, имеют поперечное сечение 1 × 1 см2,

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

поэтому возможность разделения двух близких

треков ограничивается 3 см, что затрудняет про-

Мюонная загадка была сформулирована на ос-

движение в область больших множественностей

нове результатов, полученных в различных экс-

и соответствующих энергий. Во-вторых, супермо-

периментах, проведенных как с использованием

дули детектора ДЕКОР перекрывают лишь около

ускорительных детекторов, так и в космических

20% боковой поверхности черенковского водного

лучах. С большой вероятностью, за появление из-

калориметра, и при этом между ними есть пустые

бытка групп мюонов ответственны новые процессы

промежутки. Это приводит к тому, что полное

в ядро-ядерных взаимодействиях, поскольку кос-

мические лучи состоят в основном из ядер, которые

количество мюонов, проходящих через НЕВОД,

взаимодействуют с ядрами атомов воздуха: азота и

остается неизвестным и может быть оценено

кислорода.

лишь на основе модельных представлений, что,

естественно, снижает точность оценок удельного

Если эта идея верна, то новые процессы можно

энерговыделения.

искать на LHC в ядро-ядерных взаимодействиях,

что является достаточно сложной задачей из-за

Для решения этих проблем в настоящее вре-

большой множественности вторичных частиц, об-

мя на боковой поверхности черенковского водного

разующихся в таких взаимодействиях. В косми-

детектора НЕВОД создается новый координатно-

ческих лучах для решения мюонной загадки наи-

трековый детектор ТРЕК на базе дрейфовых камер

более перспективны действующие эксперименты

[18]. Преимущества этого детектора следующие.

НЕВОД-ДЕКОР (ТРЕК) для измерения энерго-

Во-первых, он полностью перекроет всю боко-

выделения групп мюонов и IceCube и HAWC (а в

вую поверхность детектора НЕВОД, так как его

будущем Байкал и КМ3Net) для измерения инклю-

площадь будет 250 м² (в 7 раз больше, чем у

зивного энергетического спектра мюонов.

ДЕКОР) с очень малыми зонами нечувствительно-

сти между дрейфовыми камерами. Во-вторых, про-

Работа выполнена на Уникальной научной уста-

странственное разрешение дрейфовых камер 1 мм,

новке НЕВОД при поддержке Министерства на-

поэтому разрешение двух близких треков составит

уки и высшего образования РФ (государственное

около 3 мм, т.е. в 10 раз лучше, чем в детекторе

задание, проект “Фундаментальные проблемы кос-

ДЕКОР. Все это существенно улучшит условия

мических лучей и темная материя” (№ 0723-2020-

эксперимента по измерению энерговыделения на-

0040)).

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 84

№1

2021

ПЕТРУХИН

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

G. Trinchero, and I. I. Yashin, Astropart. Phys. 98, 13

(2018).

A. A. Petrukhin, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res.

11. G. Rodriguez (for the Pierre Auger Collab.), EPJ

A 742, 228 (2014).

Web Conf. 53, 07003 (2013).

E. V. Bugaev, A. Misaki, V. A. Naumov, T. S. Sine-

12. H. P. Dembinski et al. (for the EAS-MSU,

govskaya, S. I. Sinegovsky, and N. Takahashi, Phys.

IceCube, KASCADE-Grande, NEVOD-DECOR,

Rev. D 58, 054001 (1998).

PierreAuger, SUGAR, Telescope Array, and Yakutsk

A. G. Bogdanov, R. P. Kokoulin, Yu. F. Novoseltsev,

EAS Array Collabs.), EPJ Web Conf. 210, 02004

R. V. Novoseltseva, V. B. Petkov, and A. A. Petrukhin,

(2019).

Astropart. Phys. 36, 224 (2012).

13. H. P. Dembinski, Phys. At. Nucl. 82, 644 (2019).

P. Berghaus and C. Xu, in Proceedings of the 32nd

14. A. A. Petrukhin, Nucl. Phys. B Proc. Suppl. 212-

International Cosmic Ray Conference, Beijing,

213, 235 (2011).

2011, Ed. by H. Chen (2011), Vol. 4, p. 103.

15. A. A. Petrukhin, in Proceedings of the

32nd

M. G. Aartsen et al. (IceCube Collab.), Astropart.

International Cosmic Ray Conference, Beijing,

Phys 78, 1 (2016).

2011, Ed. by H. Chen (2011), Vol. 1, p. 50.

C. Grupen, N.-O. Hashim, B. Jost, F. Maciuc,

16. A. U. Abeysekara, A. Albert, R. Alfaro, C. Alvarez,

S. Luitz, A. Mailov, A.-S. M ¨uller, A. Putzer,

B. Rensch, H.-G. Sander, S. Schmeling,

J. D.

Álvarez, R. Arceo, J. C. Arteaga-Vel ´azquez,

M. Schmelling, R. Tcaciuc, H. Wachsmuth, Th.

H. A. Ayala Solares, A. S. Barber, N. Bautista-

Ziegler, and K. Zuber, Nucl. Phys. B Proc. Suppl.

Elivar, A. Becerril, E. Belmont-Moreno, S. Y. BenZvi,

175-176, 286 (2008).

D. Berley, J. Braun, C. Brisbois, et al. Astrophys. J.

The ALICE Collab., J. Cosmol. Astropart. Phys. 1, 32

843, 39 (2017).

(2016).

17. E. A. Yurina, N. S. Barbashina, A. G. Bogdanov,

A. G. Bogdanov, R. P. Kokoulin, G. Mannocchi,

S. S. Khokhlov, V. V. Kindin, R. P. Kokoulin,

K. G. Kompaniets, G. Mannocchi, A. A. Petrukhin,

A. A. Petrukhin, O. Saavedra, V. V. Shutenko,

G. Trinchero, and I. I. Yashin, Nucl. Instrum. Methods

V. V. Shutenko, G. Trinchero, and I. I. Yashin, Phys.

Phys. Res. A 588, 189 (2008).

At. Nucl. 82, 620 (2019).

А. Г. Богданов, Д. М. Громушкин, Р. П. Коко-

18. E. A. Zadeba, N. V. Ampilogov, N. S. Barbashina,

улин, Дж. Маннокки, А. А. Петрухин, О. Саавед-

A. G. Bogdanov, A. A. Borisov, D. V. Chernov,

ра, Дж. Тринкеро, Д. В. Чернов, В. В. Шутенко,

L. I. Dushkin, R. M. Fakhrutdinov, S. S. Khohlov,

И. И. Яшин, ЯФ 73, 1904 (2010) [Phys. At. Nucl. 73,

R. P. Kokoulin, K. G. Kompaniets, A. S. Kozhin,

1852 (2010)].

V. V. Ovchinnikov, A. A. Petrukhin, V. A. Selyakov,

10.

A. G. Bogdanov, R. P. Kokoulin, G. Mannocchi,

V. V. Shutenko, and I. I. Yashin, JINST 9, C08018

A. A. Petrukhin, O. Saavedra, V. V. Shutenko,

(2014).

MUON PUZZLE IN COSMIC RAYS AND ITS POSSIBLE SOLUTION

A. A. Petrukhin¹⁾

¹⁾National Research Nuclear University “MEPhI”, Moscow, Russia

The history of discovery and investigations of muon and muon component of cosmic rays was full of various

puzzles. The last of them is an increasing with energy of primary cosmic rays excess of muon bundles with

large multiplicity, which has been detected in various experiments. The second aspect of muon puzzle is

the excess of very high energy muons (more than 100 TeV). In this paper, various approaches to muon

puzzle solution connected with measurements of energy characteristics of cosmic ray muon component are

considered.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 84

№1

2021