Low-Momentum End of the Spectra of Heavy Primary Cosmic Rays

Abstract

Measurements of the intensity of heavy primary cosmic-ray nuclei have been made above the atmosphere by means of the new Iowa balloon-launched rocket ("rockoon") technique at geomagnetic latitudes \ = 56°, 76°, and 86°. The measuring instrument was a thin-walled, pulse-ionization chamber of 15-cm diameter. The observed data, in conjunction with geomagnetic theory, demonstrate a complete or nearly complete absence of primary heavy nuclei of Z>6 having a magnetic rigidity less than 1.5X10 9 volts (p/mc<0.S) } the result being the most significant for the C, N, O group. It is noted that this spectral cutoff occurs at closely the same magnetic rigidity, and distinctly not at the same velocity, as the previously reported cutoff in the spectra of primary protons and a particles.* Based on doctoral dissertation of R. A. Ellis, Jr., February, 1954 (unpublished).

On an interplanetary magnetic field

“…The most recent experimental results [2] for primary protons and a!pha par. ticles indicate that a marked "cutoff" in the spectrum occurs at a magnetic rigidity pc/ze of about 1.5 X 10 g volts, with primaries having rigidities below this figure almost entirely absent.…”

Происхождение Космических Лучей

“…Нужно отметить, что относительное содержание протонов и различных ядер в первичной компоненте более или менее детально исследовано только для энергий меньших примерно 10 10 эв/нуклон. При больших энергиях данные непол-ны, но имеются основания думать, что до энергий ~10 13 эв/нуклон спектр первичных частиц по зарядам остается неизменным (точнее, до энергии 40 В. Л. ГИНЗБУРГ 10 13 эв/нуклон, протоны заведомо остаются наиболее многочисленной группой частиц, так что число всех других ядер не превосходит ~10% от полного числа частиц). Вопрос о составе космических лучей при энер-гиях Ε > 10 13 эв и вплоть до самых высоких наблюдаемых значений Ε ~ Ю 18 -10 19 эв остается открытым, хотя он очень важен с различных точек зрения.…”

“…Однако в последнее время выяснилось », что высокоширотное обрезание различно в разные годы и, видимо, отсутствует в период минимума солнечной активности. Ряд соображений (см., например, 12 ), а также эксперимен-тальные данные 13 свидетельствуют о том, что высокоширотное обреза-ние обусловлено магнитными полями, действующими в пределах солнеч-ной системы, а не эффектами в самих источниках космических лучей или на пути лучей в межзвездном пространстве. О характере и природе соот-ветствующих магнитных полей делаются различные предположе-ния 12, и.…”

“…Даже при#=3-10~6 , sin9=l и £=10 10 радиус г~10 13 , т. е. ничтожно мал по сравнению с разме-рами, на которых изменяется поле. По последней причине космические электроны (то же относится, конечно, и к другим частицам не слишком высокой энергии) практически не могут выйти за пределы области, занимае-мой полем.…”