高能強相互作用模型的驗證和芯探測器模擬.pdf

1、目前對于能量小于1014eV的原初宇宙線成分和能譜，可以通過衛(wèi)星、飛船等航天器或高空氣球搭載粒子探測器在高空直接測量大氣層外的原初宇宙線，即所謂直接測量。但是對于能量大于1014eV的高能宇宙線只能依賴地面對大氣簇射(Air Shower)的測量，即所謂間接測量。要解釋間接測量所觀測到的AS數(shù)據(jù)，計算機蒙特卡羅模擬是不可欠缺的。而在計算機蒙特卡羅里，各種強相互作用模型是建立在一些理論模型上的，這些理論模型在低能段已被加速器實驗所驗證，但

2、是存在兩個方面的問題：1)在加速器實驗還達不到的高能區(qū)，只好把低能段的結(jié)果進行外推，供高能段進行使用；2)在強子對撞機實驗已達到的能區(qū)，由于朝前區(qū)是測量的死角，只好作一些假設(shè)(例如Feynman scaling，或準(zhǔn)scaling，或scaling破壞)，放到蒙特卡羅模型里。高能強相互作用模型中的這種不確定性，特別是朝前區(qū)作用模型中的不確定性，對宇宙線簇射發(fā)展的蒙特卡羅模擬影響很大，造成了對空氣簇射現(xiàn)象的物理分析中所得結(jié)果的不確定性。針

3、對“膝”區(qū)宇宙線成分研究中存在的問題，近年來提出了進一步檢驗和改進高能強相互作用模型的要求。
　　 西藏羊八井ASγ實驗是國際合作(中國和日本)的地面宇宙線觀測實驗，該實驗位于東經(jīng)90.53°，北緯30.11°，海拔高度為4300m，對應(yīng)的大氣深度是606g/cm2。由于羊八井具有高海拔的地理條件，通過測量宇宙線空氣簇射芯區(qū)的高能帶電粒子，對高能強相互作用模型進行驗證，具有獨到的優(yōu)勢。因此2009年4月在西藏羊八井中日國際合作A

4、Sγ實驗開展起新的復(fù)合式探測器的聯(lián)合實驗。該聯(lián)合實驗包含一種新近開發(fā)的空氣簇射軸芯高能電磁成分的探測器(YAC，Yangbajing Air shower Coredetector)，廣延大氣簇射陣列(Tibet-Ⅲ)，以及μ子探測器(MD)。
　　 YAC計劃分為三期，各個階段都可以得到相應(yīng)的物理結(jié)果。YAC-Ⅰ是通過多參數(shù)測量，來檢驗?zāi)壳按髿饽M里的高能強相互作用模型。本論文將利用YAC-Ⅰ的16臺芯探測器收集到的最新實驗數(shù)

5、據(jù)展開對*10TeV能區(qū)高能強相互作用模型的驗證。YAC-Ⅱ和YAC-Ⅲ是為了測量從50TeV到100PeV橫跨三個量級高精度的原初宇宙線單成分的能譜。
　　 YAC-Ⅰ從2009年4月1日開始成功采集數(shù)據(jù)，當(dāng)16臺芯探測器中任一臺的信號輸出大于10mV時，就會觸發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，觸發(fā)率為30Hz，并成功與Tibet-Ⅲ陣列實現(xiàn)了聯(lián)合觀測，其中Tibet-Ⅲ陣列測量宇宙線的能量和到來的方向，YAC-Ⅰ能測到高能軸芯事例的一些物理特

6、征量，這些物理量反映了不同原初宇宙線核種的信息。因此，可用來鑒別初級宇宙線核種。本論文利用Tibet-Ⅲ和YAC-Ⅰ的聯(lián)合實驗得到宇宙線次級粒子的∑Nb譜，最大粒子數(shù)Ntopb譜、橫向分布＜R＞的分布、著火探測器的數(shù)目Nd分布以及其它一些物理參量，然后與QGSJET01c、SIBYLL2.1的計算機蒙特卡羅結(jié)果相比較，從而檢驗高能強相互作用模型中的非彈性碰撞截面、作用非彈性度、橫動量和Feynman-xF前方分布等的正確性。最新分析結(jié)果

7、顯示，新聯(lián)合實驗可以很好地實現(xiàn)設(shè)計的物理目標(biāo)。通過模擬與實驗的比較，說明這兩種強相互作用模型在80TeV能區(qū)附近，在30％的誤差范圍內(nèi)能夠給出與實驗相符的事例絕對強度，能夠給出與主要實驗分布相符的譜形。因此，可以認(rèn)為在這個能區(qū)，這兩種強相互作用模型采用的非彈性截面、非彈性度、Feynman scaling行為等在30％范圍內(nèi)是可信的。更仔細的檢驗，以及推到較高能量的檢驗，有待積累更多的實驗數(shù)據(jù)進一步開展。
　　 另外，本論文進行