Kosmische Strahlung

Autorentext
Werner Heisenberg, geb. am 5. Dezember 1901 in Würzburg, hat die Physik des 20. Jahrhunderts wesentlich mitbestimmt. Für seine Arbeiten zur Quantenmechanik erhielt er 1932 den Nobelpreis für Physik. Seine weiteren Forschungen weisen ihn als einen wichtigen Pionier der Kern- und Elementarteilchenphysik aus. Er starb am 1. Februar 1976 in München.

Inhalt
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) Ver…