在羊八井設(shè)置強子量能器研究宇宙線膝區(qū)成分.pdf

1、1958年，在空氣簇射(AS)實驗中發(fā)現(xiàn)宇宙線總粒子譜在幾個PeV的地方有個膝，在膝以后冪能譜變陡，冪指數(shù)由-2.7到～-3.O。到今天為止，所有的空氣簇射實驗都觀測到膝的存在，無一例外。但是對于膝的位置和形狀，不同的實驗聞尚存在一定的差異。經(jīng)過四十多年的AS實驗觀測和理論探討，對于宇宙線膝區(qū)的成分進行了持續(xù)的研究，至今尚未得到一致的結(jié)論，它仍然是實驗宇宙線物理研究中爭論的熱點問題之一。 對于膝的成因，已提出了多種模型。宇宙線膝

2、區(qū)成分問題，連系于高能宇宙線的起源，加速和傳播，是宇宙線物理中的重要問題之一；宇宙線膝區(qū)成分問題還可能聯(lián)系于高能粒子相互作用的新粒子新現(xiàn)象，如采得到證實，則具有重要的粒子物理意義。要檢驗或分辨提出的各種模型，就需要知道宇宙線膝區(qū)的成分，測量每種成分的能譜。 在大氣層外直接測量每個宇宙線粒子的能量和電荷數(shù)，可以獲得可靠的成分和能譜，但是這些對宇宙線原初粒子直接進行測量的實驗卻受到空間運載能力的限制，至今只測到了lOOTeV的能區(qū)，

3、并且從目前的水平看來，在短期內(nèi)達不到膝區(qū)。 到目前為止，對宇富線膝區(qū)成分的研究，只有靠在地面觀測由高能宇宙線粒子在大氣層中引起的廣延大氣簇射(EAS，或AS)．一般地，觀測AS中的電子數(shù)，或u子數(shù)，或Cherenkov光量，以及它們的橫向分布特征，通過MonteCarlo模擬(其中包括粒子相互作用模型)來推導(dǎo)出關(guān)于成分的結(jié)論。 麗已有的研究膝區(qū)成分的AS實驗，至今未得到一致的結(jié)論。宇宙線膝區(qū)實驗研究之所以存在互不一致的結(jié)

4、論，一個重要的原因，是實驗結(jié)論對MonteCarlo所用的粒子作用模型存在依賴．另一個重要的原因，是AS實驗所選用的觀測量對初級粒子的成分不夠靈敏。已有的實驗，或者沒有對AS軸心區(qū)高能強子進行測量(因為未設(shè)置強子量能器)，或者未能對AS軸心區(qū)高能強子進行有效測量(因為將強子量能器設(shè)置在低海拔甚至海平面，例如KASCADE)． 本工作針對后一問題，擬采用對初級粒子成分更為靈敏的AS軸心區(qū)高能強子的有關(guān)觀測量及觀測量的函數(shù)組合，對宇

5、宙線膝區(qū)成分作出新的判斷。 本文利用羊八井宇宙線觀測站ARGO地毯式陣列，并設(shè)想將即將退役的德國KASCADE實驗陣列中的強子量能器安裝在ARGO的中心，二者組合，在固定一種相互作用模型(CORSIKA-QGEJET)的基礎(chǔ)上，取兩個極端成分(即假設(shè)宇宙線總粒子譜由純質(zhì)子和純鐵核組成)，采用MonteCarlo方法，用質(zhì)子和鐵核作為宇宙線入射粒子，模擬在高海拔進行宇宙線膝區(qū)空氣簇射的觀測。按照實驗條件產(chǎn)生兩個MonteCarlo

6、事例樣本。 比較兩個樣本中各個觀測量的分布。希望它們盡可能的分開。雖然目前還不能確定QGSJET模型的完全正確性，但一般認為： 1)QGSJET模型基本正確； 2)對尋找成分靈敏觀測量，模型差一點影響不大。 通過分析模擬的事例樣本，本文確定了事例選擇條件，使約2年的實驗觀測能得到一個具有合理大小的事例樣本；它們的初能分布在膝區(qū)；而且一系列新的觀測量具有好的成分靈敏度。同時分析結(jié)果表明：與其他膝區(qū)成分的實驗