在羊八井設(shè)置強(qiáng)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(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)宇宙線總粒子譜在幾個(gè)PeV的地方有個(gè)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(shí)驗(yàn)都觀測(cè)到膝的存在，無(wú)一例外。但是對(duì)于膝的位置和形狀，不同的實(shí)驗(yàn)聞尚存在一定的差異。經(jīng)過(guò)四十多年的AS實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和理論探討，對(duì)于宇宙線膝區(qū)的成分進(jìn)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(shí)驗(yàn)宇宙線物理研究中爭(zhēng)論的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。 對(duì)于膝的成因，已提出了多種模型。宇宙線膝

2、區(qū)成分問(wèn)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(wèn)題之一；宇宙線膝區(qū)成分問(wèn)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(shí)，則具有重要的粒子物理意義。要檢驗(yàn)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(cè)量每種成分的能譜。 在大氣層外直接測(cè)量每個(gè)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(duì)宇宙線原初粒子直接進(jìn)行測(cè)量的實(shí)驗(yàn)卻受到空間運(yùn)載能力的限制，至今只測(cè)到了lOOTeV的能區(qū)，

3、并且從目前的水平看來(lái)，在短期內(nèi)達(dá)不到膝區(qū)。 到目前為止，對(duì)宇富線膝區(qū)成分的研究，只有靠在地面觀測(cè)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(cè)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(guò)MonteCarlo模擬(其中包括粒子相互作用模型)來(lái)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(shí)驗(yàn)，至今未得到一致的結(jié)論。宇宙線膝區(qū)實(shí)驗(yàn)研究之所以存在互不一致的結(jié)

4、論，一個(gè)重要的原因，是實(shí)驗(yàn)結(jié)論對(duì)MonteCarlo所用的粒子作用模型存在依賴．另一個(gè)重要的原因，是AS實(shí)驗(yàn)所選用的觀測(cè)量對(duì)初級(jí)粒子的成分不夠靈敏。已有的實(shí)驗(yàn)，或者沒(méi)有對(duì)AS軸心區(qū)高能強(qiáng)子進(jìn)行測(cè)量(因?yàn)槲丛O(shè)置強(qiáng)子量能器)，或者未能對(duì)AS軸心區(qū)高能強(qiáng)子進(jìn)行有效測(cè)量(因?yàn)閷?qiáng)子量能器設(shè)置在低海拔甚至海平面，例如KASCADE)． 本工作針對(duì)后一問(wèn)題，擬采用對(duì)初級(jí)粒子成分更為靈敏的AS軸心區(qū)高能強(qiáng)子的有關(guān)觀測(cè)量及觀測(cè)量的函數(shù)組合，對(duì)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(cè)站ARGO地毯式陣列，并設(shè)想將即將退役的德國(guó)KASCADE實(shí)驗(yàn)陣列中的強(qiáng)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(gè)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(jìn)行宇宙線膝區(qū)空氣簇射的觀測(cè)。按照實(shí)驗(yàn)條件產(chǎn)生兩個(gè)MonteCarlo

6、事例樣本。 比較兩個(gè)樣本中各個(gè)觀測(cè)量的分布。希望它們盡可能的分開(kāi)。雖然目前還不能確定QGSJET模型的完全正確性，但一般認(rèn)為： 1)QGSJET模型基本正確； 2)對(duì)尋找成分靈敏觀測(cè)量，模型差一點(diǎn)影響不大。 通過(guò)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(shí)驗(yàn)觀測(cè)能得到一個(gè)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(cè)量具有好的成分靈敏度。同時(shí)分析結(jié)果表明：與其他膝區(qū)成分的實(shí)驗(yàn)