基于ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)的宇宙線氣象效應(yīng)和時(shí)間變化研究.pdf

1、宇宙線是來(lái)自宇宙空間的高能粒子流，是人類(lèi)研究宇宙的唯一物質(zhì)樣品。宇宙線強(qiáng)度隨時(shí)間的變化、時(shí)間變化的起因攜帶有關(guān)于空間動(dòng)力學(xué)過(guò)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(wèn)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(duì)應(yīng)的大氣深度606g/cm2)的羊八井宇宙線觀測(cè)站，于2006年6月建設(shè)完成了ARGO實(shí)驗(yàn)主探測(cè)器群，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和物理分析工作也隨之全面展開(kāi)

2、。宇宙線氣象效應(yīng)和時(shí)間變化是該實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。 本文首先介紹了有關(guān)宇宙線的基本知識(shí)及宇宙線時(shí)間變化的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題。重點(diǎn)討論了ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)的硬件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分析了該實(shí)驗(yàn)“Scaler模式”下4個(gè)多重?cái)?shù)字宙線計(jì)數(shù)。結(jié)果表明，宇宙線計(jì)數(shù)率的統(tǒng)計(jì)分布接近隨機(jī)變量所服從的高斯分布，這說(shuō)明了實(shí)驗(yàn)各組成部分運(yùn)行正常。此外，還討論了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)和數(shù)據(jù)篩選方法，并應(yīng)用這些方法對(duì)ARGO實(shí)驗(yàn)“Scaler模式”數(shù)據(jù)進(jìn)

3、行了檢測(cè)和篩選，得到了長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠的實(shí)驗(yàn)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(cè)實(shí)驗(yàn)，地面探測(cè)的宇宙線計(jì)數(shù)受地球氣象效應(yīng)的影響。對(duì)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(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)驗(yàn)“Sealer模式”下從2005年12月到2008年6月期間的4個(gè)多重?cái)?shù)宇宙

4、線計(jì)數(shù)與大氣壓強(qiáng)、室內(nèi)外溫度和實(shí)驗(yàn)大廳內(nèi)大氣相對(duì)濕度的偏相關(guān)系數(shù)。結(jié)果表明：大氣壓強(qiáng)是影響宇宙線地面測(cè)量的主要因素，室外溫度也有一定影響，實(shí)驗(yàn)大廳內(nèi)的溫度和濕度主要是通過(guò)影響探測(cè)器性能間接影響宇宙線計(jì)數(shù)，這種影響比大氣壓強(qiáng)和室外溫度的影響要小很多?；陉P(guān)聯(lián)分析，我們對(duì)宇宙線氣象效應(yīng)進(jìn)行了仔細(xì)修正。修正前后的關(guān)聯(lián)對(duì)比分析表明，修正的結(jié)果是徹底、可靠的。 利用ARGO實(shí)驗(yàn)氣象效應(yīng)修正后的數(shù)據(jù)，研究了實(shí)驗(yàn)室附近發(fā)生大氣雷暴時(shí)次級(jí)宇宙線

5、強(qiáng)度的瞬時(shí)變化。發(fā)現(xiàn)雷暴期間大氣電場(chǎng)強(qiáng)度劇烈變化時(shí)，低多重?cái)?shù)宇宙線計(jì)數(shù)有明顯的瞬時(shí)增長(zhǎng)，增長(zhǎng)幅度在1％到9％之間，然后較緩慢地恢復(fù)到原來(lái)水平。這種增長(zhǎng)事件大多發(fā)生在大氣電場(chǎng)強(qiáng)度為正值時(shí)，增長(zhǎng)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(duì)ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)"Scaler模式”的四個(gè)多重?cái)?shù)宇宙線計(jì)數(shù)進(jìn)行短周期變化研究。結(jié)合模擬手段分析了地面測(cè)量次級(jí)宇宙線計(jì)數(shù)的太陽(yáng)日和

6、半日周期變化。結(jié)果顯示4個(gè)多重?cái)?shù)宇宙線計(jì)數(shù)都具有太陽(yáng)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?cái)?shù))有關(guān)。原初宇宙線粒子能量越高，太陽(yáng)日和半日調(diào)制幅度越小。此外，多重?cái)?shù)為n≥4的次級(jí)宇宙線強(qiáng)度中還可能存在頻率為1．0024的周期信號(hào)，這對(duì)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(gè)太陽(yáng)日)；太陽(yáng)日周期變化的最小幅度處的相位約為0．7個(gè)太陽(yáng)日(約19時(shí)，世界時(shí)間)。