高能强相互作用模型的验证和芯探测器模拟

发布时间：2018-03-29 16:13

  本文选题：宇宙线　切入点：高能强相互作用模型　出处：《西南交通大学》2010年硕士论文

【摘要】： 目前对于能量小于1014eV的原初宇宙线成分和能谱,可以通过卫星、飞船等航天器或高空气球搭载粒子探测器在高空直接测量大气层外的原初宇宙线,即所谓直接测量。但是对于能量大于1014eV的高能宇宙线只能依赖地面对大气簇射(Air Shower)的测量,即所谓间接测量。要解释间接测量所观测到的AS数据,计算机蒙特卡罗模拟是不可欠缺的。而在计算机蒙特卡罗里,各种强相互作用模型是建立在一些理论模型上的,这些理论模型在低能段已被加速器实验所验证,但是存在两个方面的问题：1)在加速器实验还达不到的高能区,只好把低能段的结果进行外推,供高能段进行使用；2)在强子对撞机实验已达到的能区,由于朝前区是测量的死角,只好作一些假设(例如Feynman scaling,或准scaling,或scaling破坏),放到蒙特卡罗模型里。高能强相互作用模型中的这种不确定性,特别是朝前区作用模型中的不确定性,对宇宙线簇射发展的蒙特卡罗模拟影响很大,造成了对空气簇射现象的物理分析中所得结果的不确定性。针对“膝”区宇宙线成分研究中存在的问题,近年来提出了进一步检验和改进高能强相互作用模型的要求。 西藏羊八井ASγ实验是国际合作(中国和日本)的地面宇宙线观测实验,该实验位于东经90.53°,北纬30.11°,海拔高度为4300m,对应的大气深度是606g／cm2。由于羊八井具有高海拔的地理条件,通过测量宇宙线空气簇射芯区的高能带电粒子,对高能强相互作用模型进行验证,具有独到的优势。因此2009年4月在西藏羊八井中日国际合作ASγ实验开展起新的复合式探测器的联合实验。该联合实验包含一种新近开发的空气簇射轴芯高能电磁成分的探测器(YAC, Yangbajing Air shower Core detector),广延大气簇射阵列(Tibet-Ⅲ),以及μ子探测器(MD)。 YAC计划分为三期,各个阶段都可以得到相应的物理结果。YAC-Ⅰ是通过多参数测量,来检验目前大气模拟里的高能强相互作用模型。本论文将利用YAC-Ⅰ的16台芯探测器收集到的最新实验数据展开对*10TeV能区高能强相互作用模型的验证。YAC-Ⅱ和YAC-Ⅲ是为了测量从50TeV到100PeV横跨三个量级高精度的原初宇宙线单成分的能谱。 YAC-Ⅰ从2009年4月1日开始成功采集数据,当16台芯探测器中任一台的信号输出大于10mV时,就会触发数据采集系统,触发率为30Hz,并成功与Tibet-Ⅲ阵列实现了联合观测,其中Tibet-Ⅲ阵列测量宇宙线的能量和到来的方向,YAC-Ⅰ能测到高能轴芯事例的一些物理特征量,这些物理量反映了不同原初宇宙线核种的信息。因此,可用来鉴别初级宇宙线核种。本论文利用Tibet-Ⅲ和YAC-Ⅰ的联合实验得到宇宙线次级粒子的∑Nb谱,最大粒子数Nbtop谱、横向分布R的分布、着火探测器的数目Nd分布以及其它一些物理参量,然后与QGSJET01c、SIBYLL2.1的计算机蒙特卡罗结果相比较,从而检验高能强相互作用模型中的非弹性碰撞截面、作用非弹性度、横动量和Feynman-xF前方分布等的正确性。最新分析结果显示,新联合实验可以很好地实现设计的物理目标。通过模拟与实验的比较,说明这两种强相互作用模型在80TeV能区附近,在30%的误差范围内能够给出与实验相符的事例绝对强度,能够给出与主要实验分布相符的谱形。因此,可以认为在这个能区,这两种强相互作用模型采用的非弹性截面、非弹性度、Feynman scaling行为等在30%范围内是可信的。更仔细的检验,以及推到较高能量的检验,有待积累更多的实验数据进一步开展。 另外,本论文进行了YAC-Ⅱ方案中100台芯探测器的模拟优化工作,为了提高探测效率,提出把YAC-Ⅱ阵列中闪烁体面积扩大一倍,并摸索了一些有效的挑选高能簇射轴芯事例的选择条件的方法。
[Abstract]:鐩�鍓嶅�逛簬鑳介噺灏忎簬1014eV鐨勫師鍒濆畤瀹欑嚎鎴愬垎鍜岃兘璋，

本文编号：1681878