Ғарыштан келген жоғары энергиялы бөлшек Жер атмосферасына енгенде ауадағы атом ядроларымен әрекеттеседі. Соның нәтижесінде екінші реттік бөлшектер пайда болып, әрі қарай жаңа әрекеттесулерге қатысады. Осындай тізбекті процестен түзілген бөлшектер ағыны кең атмосфералық нөсер деп аталады. Ғалымдар жердегі детекторлардың көмегімен осы ағынды тіркеп, оның бағытын, кеңістікте таралуын және құрамын зерттейді.

Зерттеудің негізгі сұрақтарының бірі энергетикалық спектрмен байланысты. Бұл спектр әртүрлі энергиясы бар ғарыштық бөлшектер ағынының қалай өзгеретінін көрсетеді. Шамамен 3 петаэлектронвольт энергия маңында оның көлбеулігі өзгереді. Физикада осы иілімді «тізе» деп атайды. Оның табиғатын түсіндіру үшін ғарыштық сәулелердің құрамын және сол құрамның энергия өскен сайын қалай өзгеретінін анықтау маңызды. Осы мәселе зерттеудің басты өзегін құрайды.

Жаңа тәжірибелерде атмосфералық нөсердің өзегіне, яғни оның осіне жақын орталық бөлігіне ерекше назар аударылады. Мұнда тіркелетін адрондардың энергетикалық спектрін өлшеу көзделген. Олардың энергиясы мен таралу ерекшеліктерін зерттеу нөсердің құрылымын түсінуге көмектеседі. Ғалымдар бөлшектердің кеңістіктегі және уақыт бойынша сипаттамаларын бірге қарастырып, бір оқиғаның әртүрлі детекторларда қалай тіркелетінін салыстырмақ. Бұл үшін өлшеу жүйелерінің үйлесімді жұмыс істеуі қажет.

Тянь-Шаньдағы бұрынғы тәжірибелерде адрондық құрамдас бөліктің баяу жұтылуы және кейбір нөсерлерде мюондар санының артуы сияқты ерекшеліктер байқалған. Мұндай нәтижелерді түсіндіруде әртүрлі болжамдар бар. Олардың бірі ғарыштық сәулелер ағынында ерекше қасиеттері бар құрамдас бөліктің болуы мүмкін екенімен байланысты. Жаңа өлшемдер осы түсіндірулерді тәжірибелік деректермен салыстырып, олардың байқалған құбылыстарға қаншалықты сәйкес келетінін бағалауға арналған.

Негізгі техникалық міндет — иондану камераларына негізделген прототипті сегіз арнадан 24 арнаға дейін кеңейту. Әрбір арна бөлшектер өткен кезде пайда болатын сигналды тіркеуге қатысады. Камералар санын арттыру нөсер өзегінің құрылымы туралы көбірек мәлімет жинауға бағытталған. Қондырғының электрондық бөлігі бұрынғы әзірлемелерге сүйеніп жетілдірілмек. Оның жұмысын тексеру үшін прототиптен алынған тәжірибелік деректер өңделіп, модельдеу нәтижелерімен салыстырылады.

Сигналдарды тіркеу жүйесінде детекторлар орталықта орналасқан аналогтық-цифрлық түрлендіргіштермен жоғары жиілікті кабельдер арқылы жалғанады. Бұл құрылғылар электрлік сигналдарды компьютер өңдей алатын цифрлық дерекке айналдырады. Ортақ іске қосу сигналы келгенде өлшеу ақпараты жазылып, компьютерге беріледі. Осындай тәсіл бірнеше арнадан түскен мәліметті бір оқиға аясында қарастыруға мүмкіндік береді. Кейін ол бөлшектер ағынының сипаттамаларын анықтауға пайдаланылады.

Қондырғыны кең атмосфералық нөсерлерді зерттейтін басқа жүйелермен үйлестіру де маңызды. «ГОРИЗОНТ-Т» уақыттық детекторларымен және мюондық детекторлармен бірлескен тіркеу арқылы бір нөсер туралы қосымша ақпарат алуға болады. Ғалымдар оның келу бағытын, осінің орнын және электрондардың жалпы санын анықтауды көздейді. Бір оқиғаны бірнеше өлшеу жүйесінде салыстыру алынған мәліметтерді өзара байланыстырып, нөсердің құрылымын толығырақ қарастыруға көмектеседі.

Тәжірибені дайындауда компьютерлік модельдеу кеңінен қолданылады. CORSIKA бағдарламасы жоғары энергиялы бөлшектен басталған атмосфералық нөсердің дамуын есептеуге арналған. Оның көмегімен бөлшектердің бақылау деңгейіне дейінгі таралуы модельденбек. Бұл есептеулер өлшенетін сипаттамалардың бастапқы бөлшектің қасиеттерімен қалай байланысатынын зерттеуге қажет. Сонымен бірге жоғары және төмен энергиядағы әрекеттесулерді сипаттайтын модельдерді таңдап, олардың нәтижелерін салыстыруға мүмкіндік береді.

Geant4 бағдарламасы екінші реттік бөлшектердің детекторлармен әрекеттесуін модельдеуге пайдаланылады. Алдымен сегіз арналы прототиптің, кейін 24 арналы секцияның моделі жасалмақ. Есептеулер қондырғының геометриясын және бөлшектерге беретін жауабын зерттеуге көмектеседі. Осылайша, атмосферадағы нөсердің дамуы мен детекторда тіркелетін сигнал бір-бірімен байланыстырылады. Модельдеу нәтижелерін нақты өлшемдермен салыстыру қондырғы мүмкіндіктерін бағалаудың негізгі тәсілдерінің бірі болмақ.

Жиналатын ақпаратты сақтау және өңдеу үшін ROOT форматын қолдану көзделген. Бұл тәсіл көптеген арнадан келетін оқиғаларды жинақтап, кейінгі талдауға дайындауға арналған. Есептеу жұмыстарына университеттің серверлік ресурстары пайдаланылмақ. Зерттеу қондырғыны құрастыруды, электрониканы жетілдіруді, өлшеу жүргізуді және деректерді талдауды өзара ұштастырады. Әр кезеңнің нәтижесі келесі есептеулер мен тәжірибелерді нақтылауға қажет болады.

Жұмыс Тянь-Шаньдағы ғарыштық сәулелерді кешенді зерттеу тәжірибесіне сүйенеді. Мұнда атмосфералық нөсердің электрондық-фотондық, адрондық және мюондық құрамдас бөліктерін қатар қарастыруға мән беріледі. Нейтрондар мен гамма-сәулеленуді тіркеу нәтижелері де нөсер туралы қосымша мәлімет береді. Биік таулы алаңдағы өлшеулер мен әртүрлі детекторлардың деректерін салыстыру зерттеудің тәжірибелік негізін құрайды.

Прототип кейін ауқымдырақ қондырғы жасауға негіз бола алады. Ұзақ мерзімді мақсат — ғарыштық сәулелерді 1–1000 петаэлектронвольт аралығында зерттеуге арналған тәжірибелік мүмкіндіктерді кеңейту. Алғашқы кезеңде басты назар 24 арналы жүйені әзірлеуге, оның жұмысын тексеруге және бастапқы деректерді жинауға аударылады. Осы өлшемдер болашақ қондырғының құрылымын және зерттеу тәсілдерін нақтылауға көмектеспек.

Зерттеудің нәтижелері ғарыштық сәулелер физикасындағы кейінгі ізденістерге және студенттерді тәжірибелік жұмысқа тартуға пайдаланылмақ. Дайындалатын қондырғы мен деректерді жинау жүйесі жас мамандарға детекторлармен жұмыс істеуді, модельдеу жүргізуді және өлшеу нәтижелерін өңдеуді үйренуге мүмкіндік береді. Ғылыми қорытындыларды рецензияланатын журналдарда жариялап, халықаралық және отандық конференцияларда таныстыру көзделген.