Auger観測所による空気シャワー観測から

Presentation on theme: "Auger観測所による空気シャワー観測から"— Presentation transcript:

1 Auger観測所による空気シャワー観測から
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

2 GZK 宇宙線のエネルギースペクトラム ANKLE ２ndKNEE?? KNEE 宇宙線のエネルギー測定は不定性が大きい
　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

3 microscopic parameters
diffraction Parton distribution fragmentation Primary particle ….. ….. X1 first interaction model Shower startup …….. cross section multiplicity elasticity macroscopic parameters X1 や shower startup　の段階は直接観測できない Xmax Shower maximum Shower cascade 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

4 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
Measure UHECR with Unprecedented Precision and Accuracy 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。

5 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

6 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

7 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　ディスクが厚い 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 天頂角　76 度 シャワーディスクが薄い

8 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 大気蛍光望遠鏡で観測されたシャワー縦方向発達 905g

9 (simulation) gamma muon electron

10 Augerの地表検出器で測定される信号の大きさ
gamma muon electron

11 Elongation Rate 原子核起源？？？ シミュレーションに強く依存！！ 地上 上空
Xmax:相互作用モデル に依存 上空 First interaction point: 散乱断面積に依存

12 (log(eV)) light ----> heavy ---> light  heavy?? 銀河系内　　　　　　　　　　　　　銀河系外

13 Xmaxの分布からP-Airのcrossection 推定
HiRes　の結果

14 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。

15 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

16 シミュレーションから期待されるミューオンの量
Fe-Sibyll Fe-QGSJetII P-Sibyll P-QGSJetII Primary particle X1 Shower startup 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 Xmax Shower cascade DG : Xmaxから地表までの大気厚さ

17 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。
Real data　の　CICカーブ 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。 Air Shower Simulationから求めた 各成分のシグナルサイズ 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 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 電磁成分のCICカーブ モデルや化学組成に依存しない

18 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。

19 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)
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)

20 HEATの概要

21 μ ミューオンカウンタ＋シンチレター 概要 e+e- 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。
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。 γ+μ e+e- 2.5m μ