相互作用と化学組成の測定に向けて: auger...
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相互作用と化学組成の測定に向けて: Auger 観測所による空気シャワー観測から. 甲南大学・山本常夏. 装置と観測 陽子 -- 空気分子の散乱断面積 電磁成分とミューオン成分の測定 今後の拡張計画. 宇宙線のエネルギースペクトラム. 2 ndKNEE??. GZK. KNEE. ANKLE. 宇宙線のエネルギー測定は不定性が大きい 化学組成と相互作用がわからない. microscopic parameters. diffraction. fragmentation. Primary particle. Parton distribution. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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相互作用と化学組成の測定に向けて:Auger 観測所による空気シャワー観測から
甲南大学・山本常夏
1. 装置と観測2. 陽子 -- 空気分子の散乱断面積3. 電磁成分とミューオン成分の測定4. 今後の拡張計画
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KNEE
2 ndKNEE??
ANKLEGZK
宇宙線のエネルギースペクトラム
• 宇宙線のエネルギー測定は不定性が大きい• 化学組成と相互作用がわからない
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….. …..Parton distribution fragmentation
diffraction
model
microscopic parameters
cross section multiplicity elasticity ……..
macroscopic parameters
X1first interaction
XmaxShower maximum
Primary particle
Shower startup
Shower cascade
X1 や shower startup の段階は直接観測できない
観測できるのはXmax : シャワー最大発達の大気厚さNe, Nμ : 地上での電子やミューオンの数
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南 Auger 観測所• アルゼンチンの草原に約 50 億
円で建設された世界最大の宇宙線観測装置
• 1600 個の粒子検出器、 4 ヶ所24 台の大気蛍光望遠鏡
• 3000km² の検出面積• 17 ヶ国による国際協力
• 大気蛍光法と空気シャワーアレイを使った Hybrid 観測• 今年の夏に北 Auger 観測所の提案を行い、 2010 年の建設開始を目指す。• 北 Auger サイトでは通信塔のテストが始まった。
Measure UHECR with Unprecedented Precision and Accuracy
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天頂方向からくる空気シャワーは 電磁カスケードが主成分で
① コンパクトなイメージ ②急な横方向分布 ③ 厚いシャワーデスク ④曲率の大きいシャワーフロント
などの特徴がある
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横方向からくる空気シャワーは ミューオンが主成分で
① 長く大きなイメージ ②フラットな横方向分布 ③ 薄いシャワーデスク ④平らなシャワーフロント
などの特徴がある
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天頂角 13 度シャワー ディスクが厚い
天頂角 76 度シャワーディスクが薄い
シャワー軸近くは電磁成分がほとんど
シャワー軸から離れるとミューオンがほとんど
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905g
980g
1300g
1650g
2800g
17000g
大気蛍光望遠鏡で観測されたシャワー縦方向発達
MC シミュレーション地上検出器観測データ
シャワー面時間構造
粒子数横分布
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gamma
muon
electron
(simulation)
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gamma
muon
electron
Auger の地表検出器で測定される信号の大きさ
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Elongation Rate原子核起源???
シミュレーションに強く依存!!
上空
地上
Xmax: 相互作用モデルに依存
First interaction point:散乱断面積に依存
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15 16 17 18 19 (log(eV))light ----> heavy ---> light ------- heavy??銀河系内
銀河系外
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Xmax の分布から P-Air の crossection 推定HiRes の結果
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18.5 乗 eV 付近と 19.5乗 eV 付近で何かが変化している。フラックスかもしれないし、化学組成かもしれないし、相互作用かもしれないし、散乱断面積かもしれない。
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Constant Intensity Cut Method等天頂角方
天頂角毎にシャワーサイズ( S1000) のスペクトラムを求め、同じフラックスのシャワーサイズを求める。
同じフラックス (Constant Intensity) のS1000 を天頂角の関数でフィットする。
このシャワーサイズの天頂角依存性( CIC カーブ)を FD で測定したエネルギーでキャリブレートしてエネルギー変換式を求める
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X1
Xmax
Primary particle
Shower startup
Shower cascade
DG : Xmax から地表までの大気厚さ
Fe-SibyllFe-QGSJetIIP-SibyllP-QGSJetII
シミュレーションから期待されるミューオンの量
地表でのミューオン量の形状にはモデルや化学組成に依存しないUniversality が存在
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Air Shower Simulation から求めた各成分のシグナルサイズ
Real data の CIC カーブ
電磁成分の CIC カーブモデルや化学組成に依存しない
ミューオン成分の CIC カーブ絶対値はモデルや化学組成に依存するが傾きは一定
Air-Shower Simulation とデータから求めた CIC カーブを比較しミューオンの量を推定できる。さらにこの結果からエネルギーの変換式を決定できる。
ミューオン成分の絶対値を Free parameter として電子成分+ミューオン成分の傾きがデータに合うようにフィットする。その結果 [ 陽子+QGSJetII] と比べてミューオンの絶対値が1.63倍大きかった!!エネルギースケールはS1000(E=10EeV) = 37.5VEM
FD エネルギー測定から決めた値S1000(E=10EeV) = 49.2VEM
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まとめ
• FD 観測による Xmax の測定から 18.5 乗 eV付近で何かが変化していることが示唆されている。• SD 観測によるミューオンの量の推定から、陽子+ QGSJetII を仮定したシミュレーションと比べて ミューオンの量が 1.65倍多いことが示された。• これ以外に SD の信号の形 ( FADC trace) からミューオンの量を推定したり、 FD 観測から空気シャワーの 3D再構築などの解析が進行中。• 到来方向分布とスペクトラムを宇宙線の伝播モデルと比較し、化学組成の推定も行われている。
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南 Auger サイトでや空気シャワー精密観測を目指した拡張計画が進んでいる。
広視野大気傾向望遠鏡 + 高密度水タンクアレイ +地下ミューオンカウンタ +地表シンチレーションカウンタ (日本グループ担当 )
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HEAT の概要
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ミューオンカウンタ+シンチレター 概要
• 61 個の水タンクの近くに 30 ~60m² のシンチレータを埋めミューオンの数を測定する。• さらに地上に 3m² のシンチレータを置き電磁成分を測定する。
2.5m
μ
e+e-
γ+μ