基于ARGO-YBJ實驗的宇宙線氣象效應(yīng)和時間變化研究.pdf

1、宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子流，是人類研究宇宙的唯一物質(zhì)樣品。宇宙線強度隨時間的變化、時間變化的起因攜帶有關(guān)于空間動力學(xué)過程的豐富信息，是宇宙線物理、地球物理和天體物理學(xué)科中最為復(fù)雜的問題之一，具有重要的物理意義。 位于西藏羊八井鎮(zhèn)(90．5°E,30．1°N海拔高度4300m，對應(yīng)的大氣深度606g/cm2)的羊八井宇宙線觀測站，于2006年6月建設(shè)完成了ARGO實驗主探測器群，實驗數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和物理分析工作也隨之全面展開

2、。宇宙線氣象效應(yīng)和時間變化是該實驗的一項重要研究內(nèi)容。 本文首先介紹了有關(guān)宇宙線的基本知識及宇宙線時間變化的研究現(xiàn)狀和存在的問題。重點討論了ARGO-YBJ實驗的硬件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分析了該實驗“Scaler模式”下4個多重數(shù)字宙線計數(shù)。結(jié)果表明，宇宙線計數(shù)率的統(tǒng)計分布接近隨機變量所服從的高斯分布，這說明了實驗各組成部分運行正常。此外，還討論了實驗數(shù)據(jù)檢測和數(shù)據(jù)篩選方法，并應(yīng)用這些方法對ARGO實驗“Scaler模式”數(shù)據(jù)進

3、行了檢測和篩選，得到了長時間范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠的實驗數(shù)據(jù)，為后面的物理分析工作奠定了可靠的基礎(chǔ)。 作為大面積宇宙線探測實驗，地面探測的宇宙線計數(shù)受地球氣象效應(yīng)的影響。對宇宙線氣象效應(yīng)研究一方面可以提供宇宙線大氣簇射的特征信息，另一方面有助于對觀測數(shù)據(jù)進行可靠的氣象效應(yīng)修正，從而使我們有可能發(fā)現(xiàn)大氣影響以外的宇宙線變化。本文采用多元相關(guān)分析法研究了ARGO實驗“Sealer模式”下從2005年12月到2008年6月期間的4個多重數(shù)宇宙

4、線計數(shù)與大氣壓強、室內(nèi)外溫度和實驗大廳內(nèi)大氣相對濕度的偏相關(guān)系數(shù)。結(jié)果表明：大氣壓強是影響宇宙線地面測量的主要因素，室外溫度也有一定影響，實驗大廳內(nèi)的溫度和濕度主要是通過影響探測器性能間接影響宇宙線計數(shù)，這種影響比大氣壓強和室外溫度的影響要小很多?；陉P(guān)聯(lián)分析，我們對宇宙線氣象效應(yīng)進行了仔細修正。修正前后的關(guān)聯(lián)對比分析表明，修正的結(jié)果是徹底、可靠的。 利用ARGO實驗氣象效應(yīng)修正后的數(shù)據(jù)，研究了實驗室附近發(fā)生大氣雷暴時次級宇宙線

5、強度的瞬時變化。發(fā)現(xiàn)雷暴期間大氣電場強度劇烈變化時，低多重數(shù)宇宙線計數(shù)有明顯的瞬時增長，增長幅度在1％到9％之間，然后較緩慢地恢復(fù)到原來水平。這種增長事件大多發(fā)生在大氣電場強度為正值時，增長的峰值出現(xiàn)在閃電之后。 在氣象效應(yīng)修正的基礎(chǔ)上，利用Lomb-Scargle Fourier變換和周期折疊法對ARGO-YBJ實驗"Scaler模式”的四個多重數(shù)宇宙線計數(shù)進行短周期變化研究。結(jié)合模擬手段分析了地面測量次級宇宙線計數(shù)的太陽日和

6、半日周期變化。結(jié)果顯示4個多重數(shù)宇宙線計數(shù)都具有太陽日周期和半日周期變化，調(diào)制幅度與原初宇宙線粒子的能量(多重數(shù))有關(guān)。原初宇宙線粒子能量越高，太陽日和半日調(diào)制幅度越小。此外，多重數(shù)為n≥4的次級宇宙線強度中還可能存在頻率為1．0024的周期信號，這對應(yīng)于恒星日周期(頻率為1．0027)調(diào)制。半日周期變化的最小幅度處的相位約為0．45(單位0．5個太陽日)；太陽日周期變化的最小幅度處的相位約為0．7個太陽日(約19時，世界時間)。