基于直射契伦科夫光对宇宙线重成分鉴别性能提高的研究

发布时间：2020-08-14 13:36

【摘要】：宇宙线发现一百多年以来极大地推动了粒子物理学、天体物理学的发展,然而其起源、加速和传播机制始终是一个困扰天文物理学家的重要科学问题。宇宙线能谱尤其是宇宙线分成分能谱的精确测量是解决宇宙线起源这一“世纪难题”的途径之一。然而高能宇宙线的探测主要依靠地面实验来实现,成份重建依赖于强相互作用模型的选择。高海拔宇宙线观测站(LHAASO)是中国科学家致力于解决宇宙线起源而建设的实验,位于海拔4410m的四川稻城海子山,属于我国最新一代复合型宇宙线观测基地。LHAASO实验主要由WFCTA、WCDA和KM2A这三个子阵列组成。其中WFCTA为宽视场契仑科夫望远镜阵列是LHAASO重要组成部分之一,主要物理目标是通过多参数、分能段的方式精确测量宇宙线的分成份能谱。本文将重点研究在WFCTA望远镜设置下利用直射契伦科夫光,并结合WCDA探测器,研究其对于宇宙线重核的鉴别能力。直射契伦科夫光是由宇宙线中的原初粒子在进入大气层之后,发生强相互作用之前所辐射的契伦科夫光,强度正比于原初粒子电荷的平方,辐射角度在0.1~°~0.3~°之间。在文中,我们根据直射契伦科夫光的这些特性定义了一个新的参数R,利用R去实现宇宙线中重核成分的区分。参数R在重核的挑选过程中是独立于强相互作用模型,而参数Dist和Length/Width对模型有着轻微的依赖。在将参数R与Dist、Length/Width相结合的重核挑选过程中,参数R对重核的鉴别性能有着明显提升效果。在不同的强相互作用模型下,对于一年内的积分事例率提升率可达24%。因此基于直射契伦科夫光的挑选方法可以用在LHAASO的数据分析中,用以提高宇宙线中重核成分的鉴别性能和重建精度。
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O572.1
【图文】：

铁核,宇宙线,磁场强度,质子

虽然还没有找到宇宙线加速源，但是 Hillas 对宇宙线的候选源做了基本的3]。通过将宇宙线粒子能量以及与周围磁场相关的 Larmor 半径和宇宙中的比较，可以得到天体能把宇宙线的加速到最高能量为maxE = ZeBL（Z为带电粒子的核电荷数，B 为加速源区的磁场强度，L 为加速源的尺作为加速源必须有能力将宇宙线束缚在加速源内部才可以进一步的加速粒子，即为 Hillas 标准。图 2-1 为把粒子加速到10 所要求的源的磁场

旋转模型,边对称,轴对称

(左)边对称旋转模型，(右)轴对称旋转模型

星际介质,质子,偏转角,磁场

第 2 章宇宙线相比于银河系内磁场，对于银河系外的星际磁场我们了解的微乎其微，通过对极化的射电源的法拉第旋转测量可知，星系团附近（1 以内）的磁场强度为微高斯量级。即使能量高于10 的宇宙线质子经过这些区域也会有较大的偏转，比较庆幸的是这些星系团和丝状结构只是占宇宙空间的很小部分。在更大尺度上估计磁场强度的上限在1n 到 10 之间[21]。Dolag[22]等做了高能宇宙线在磁场中传播的模拟，其偏转方向如图 2-3 所示，图中所显示的是银道坐标。

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