Σύζευξη πρωτογενούς και δευτερογενούς κοσμικής ακτινοβολίας γαλαξιακής και ηλιακής προέλευσης

Abstract

This PhD thesis was completed in the Physics Department of the National and Kapodistrian University of Athens. The main goal of this PhD thesis is the determination of a coupling function between the primary and the secondary Cosmic Ray (CR) intensities through analytical calculations based on the theoretical framework of Quantum Field Theory (QFT), which has never been attempted before. After a thorough presentation of the analytical computations performed, including the necessary discussion in the case of the use of a physical model, the newly determined coupling function was applied to specific CR events, recorded from satellites and Neutron Monitors (NM), in order to assess the validity and reliability of the coupling function specifically as well as the whole analytical procedure in general. The CR events considered in this thesis were three Forbush decreases (Fds) (of February 2011, March 2012 and September 2017) and one Ground Level Enhancement (GLE) (GLE72, of September 2017). The results obtained for the primary CR spectrum via the computed coupling function were compared to the corresponding ones via other widely known and used coupling functions, such as the Dorman et al. (2000), Caballero-Lopez and Moraal (2016) etc. functions, other techniques, such as the Global Survey Method (GSM) technique, as well as direct recorded data from satellites, such as the GOES-13 satellite of NOAA. In each case the results for the primary spectrum determined through the computed coupling function were found to be in very good agreement (the difference was calculated less than 1%) with the corresponding ones determined through other coupling functions, techniques or even directly recorded.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή προσδιορίστηκε μια νέα συνάρτηση σύζευξης μεταξύ πρωτογενούς και δευτερογενούς κοσμικής ακτινοβολίας (γαλαξιακής και ηλιακής προέλευσης). Η εργασία χαρακτηρίζεται από έντονη πρωτοτυπία καθότι ο προσδιορισμός της εν λόγω συνάρτησης σύζευξης στηρίχτηκε σε αναλυτικούς υπολογισμούς της κβαντικής θεωρίας πεδίου, κάτι το οποίο δεν έχει επιχειρηθεί μέχρι στιγμής. Μετά τον πλήρη υπολογισμό της συνάρτησης σύζευξης (κάνοντας χρήση ενός θεωρητικού μοντέλου), η συνάρτηση εφαρμόστηκε σε καταγεγραμμένα γεγονότα διακύμανσης της έντασης της κοσμικής ακτινοβολίας (ΚΑ) και πιο συγκεκριμένα σε τρεις μειώσεις Forbush (Φεβρουαρίου 2011, Μαρτίου 2012, Σεπτεμβρίου 2017) και ένα γεγονός Επίγειας Επαύξησης (GLE72). Από τις εφαρμογές αυτές προέκυψαν άκρως ενθαρρυντικά αποτελέσματα, με τα εξαγόμενα φάσματα της πρωτογενούς ΚΑ να συμφωνούν με τα αντίστοιχα πειραματικά σε μεγάλο βαθμό. Σχολιάζεται ότι τα δεδομένα της δευτερογενούς ΚΑ εξασφαλίστηκαν μέσω του Διεθνούς Δικτύου Μετρητών Νετρονίων (NMDB) ενώ το πρωτογενές φάσμα από δεδομένα του δορυφόρου GOES 13 του οργανισμού ΝΟΑΑ.