Л.Г. Деденко, Г.Ф. Федорова, Т.М. Роганова А.В.
Download
1 / 126

ПАМЯТИ Георгия Тимофеевича ЗАЦЕПИНА - PowerPoint PPT Presentation


  • 225 Views
  • Uploaded on

Л.Г. Деденко, Г.Ф. Федорова, Т.М. Роганова А.В. (НИИЯФ МГУ), " Дополнительная проверка моделей взаимодействий адронов и состав первичного космического излучения при энергиях выше 3*10**17 эВ по данным Якутской установки". ПАМЯТИ Георгия Тимофеевича ЗАЦЕПИНА.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' ПАМЯТИ Георгия Тимофеевича ЗАЦЕПИНА' - denzel


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Л.Г. Деденко, Г.Ф. Федорова, Т.М. Роганова А.В. (НИИЯФ МГУ),"Дополнительная проверка моделей взаимодействий адронов и состав первичного космического излучения приэнергиях выше 3*10**17 эВ по данным Якутской установки"

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • ПАМЯТИ Роганова А.В.

  • Георгия

  • Тимофеевича

  • ЗАЦЕПИНА

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • Изучение Роганова А.В. химического состава первичного космического излучения (ПКИ) в области сверхвысоких энергий представляет исключительный интерес.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


1) Роганова А.В. Природа (атомный номерА) и

2) энергия Е частицы ПКИ, генерирующей в атмосфере ШАЛ, а также

3) параметры, характеризующие взаимодействие этой частицы с ядрами атомов в атмосфере в области сверхвысоких энергий

(модель взаимодействия),

неизвестны.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • В случае Роганова А.В. состава частиц ПКИ из протонов при энергиях выше ~3×1019 эВГрейзеном[1] и Зацепиным и Кузьминым[2] было предсказано резкое уменьшение потока частиц ПКИ из-за взаимодействий первичных протонов с фотонами микроволнового реликтового излучения (эффект ГЗК). Энергия протонов из-за этих взаимодействий расходуется на генерацию пионов, и поэтому протоны с большими энергиями не могут достигать Земли от удаленных источников.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • В случае Роганова А.В. модели равномерно распределенных источников со степенным спектром генерации [3,4] поток протонов должен сначала уменьшаться (dipмодель Березинского), потом увеличиваться (bump), а затем резко падать (эффект ГЗК).

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • В случае Роганова А.В. же состава частиц ПКИ из тяжелых ядер, например, железа, уменьшение потока, если оно имеет место, уже нельзя объяснить эффектом ГЗК и необходимо искать другие причины, например, объяснять низкой величиной максимальной энергии Емакс генерации частиц в источниках.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • Исследования Роганова А.В. химического состава частиц ПКИ в области сверхвысоких энергий возможны

  • в настоящее время на основе изучения зависимостей

  • 1) глубины Хмаксмаксимума широкого атмосферного ливня (ШАЛ)

  • или

  • 2)доли мюонов в сигнале детектора относительно других частиц ливня

  • от энергии Е первичнойчастицы.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Глубина максимума ШАЛ как индикатор состава

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • Важно: индикатор состава

  • ФЛУКТУАЦИИ ГЛУБИНЫ МАКСИМУМА ЛИВНЯ ~ 50 г/см2

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ индикатор состава МЕТОД

  • Доля мюонов α:

  • это отношение сигнала в подземных детекторах к сигналу в

  • наземных детекторах

  • Важно:

  • это альтернативный метод

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Интерпретация данных ШАЛ индикатор состава

  • Интерпретация данных ШАЛ возможна в рамках различных моделей

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


МОДЕЛИ индикатор состава

  • На совещании в ЖЕНЕВЕ

  • в феврале 2012 г.

  • Т. Пьерог

  • представил

  • результаты расчетов и данные эксперимента по измерениям глубины

  • максимума ШАЛ, использовал модели EPOS 1.99 и EPOS 1.99 LHC и др.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


До индикатор составаLHC

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


После индикатор составаLHC

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Qgsjet ii
МОДЕЛЬ QGSJET-II индикатор состава

  • Ostapchenko S. QGSJET-II: Results for extensive air showers // Nucl.

  • Phys. Proc. Suppl. 2006. Vol. 151. Pp. 147–150; astro–ph/0412591.

  • Ostapchenko S. Hadronic interactions at cosmic ray energies // Nucl.

  • Phys. B, Proc. Suppl. 2008. Vol. 175-176. Pp. 73–80; hep–

  • ph/0612068.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


МОДЕЛИ индикатор состава

  • Будем тестировать модели

  • QGSJET-II

  • И

  • EPOS 1.99

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • Г.Т. Зацепин, Роль флуктуаций в развитии атмосферных ливней. Труды 6-ой Международной конференции по космическим лучам. М. Изд-во АН СССР. Т. 2. Стр. 212-221.1960.Разработана теория флуктуаций ливней.

  • Предсказано, что распределение плотности столкновений первичной частицы с ядрами в атмосфере, которое определяет основные флуктуации в продольном развитии и положенииXmaxмаксимума ливня существенно зависит

  • от условий отбора ливней.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • Г.Т. Зацепин, Роль флуктуаций в развитии атмосферных ливней. Труды 6-ой Международной конференции по космическим лучам. М. Изд-во АН СССР. Т. 2. Стр. 212-221.1960.Разработана теория флуктуаций ливней.

  • Предсказано, что при отборе ливней по полному числу частиц

  • первичная частица «проскакивает» первую половину атмосферы с числом столкновений меньше среднего,

  • а вторую – с числом больше среднего.

  • (при энергиях ~ 106ГэВ)

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН





Physics and simulation of air showers
Physics and simulation ИЯИ РАНof air showers

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


The highest energy event by agasa 2 5 x 10 20 ev on 10 may 2001
The Highest Energy Event by AGASA ИЯИ РАН2.5 x 1020 eV on 10 May 2001

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Наземный детектор Якутской установки

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Флуктуации сигнала установки

  • Флуктуации сигнала в наземных и подземных детекторах важны

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Результаты расчета сигнала для электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Модели электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).

  • Как тестировать модели?

  • По инклюзивным спектрам вторичных частиц

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Модели электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).

  • Как тестировать модели?

  • По инклюзивным спектрам вторичных частиц (ускорительные данные)

  • Но важны флуктуации! Когда одна или несколько частиц уносят основную долю энергии!

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Performance of hadronic interaction models proton proton event at 7 tev c m energy
Performance of hadronic interaction models электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).Proton-proton event at 7 TeV c.m. energy

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


13 september 2012 lhc collides protons with lead ions for the first time
13 September 2012 электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).LHC collides protons with lead ions for the first time

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Pseudorapidity
Pseudorapidity электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).

  • emission angle of a particle from

  • interaction point (“mid-rapidity” : h=0)

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


When the mass of the particle is known the rapidity is used
when the mass of the particle is known электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).the rapidity is used :

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Charged particle distribution in pseudorapidity
Charged particle distribution in pseudorapidity электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Charged particle distribution in pseudorapidity1
Charged particle distribution in pseudorapidity электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Сравнение электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).

  • Сравнение для небольшого интервала значений переменных!

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Charged particle distribution in pseudorapidity2
Charged particle distribution in pseudorapidity электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Какая часть спектра электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).важна для ШАЛ?

  • Частицы, которые летят вперед!

  • Уносят основную

  • долю энергии!

  • С какой погрешностьюмодели представляют эти частицы?

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Lhcf forward photon production pp x
LHCf: forward photon production электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).pp→γ X

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


ПОГРЕШНОСТИ электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).

  • ПОГРЕШНОСТИ

  • (в 2.5 и более раз)

  • растут в

  • области высоких энергий!

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Предлагается электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).дополнительное тестированиемоделей взаимодействия адронов

  • По каким данным?

  • Если состав определяется по доле мюонов,

  • то наиболее надежные данные – это

  • ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР ВЕРТИКАЛЬНЫХ МЮОНОВ

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Дополнительное тестирование электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).моделей взаимодействия адронов

  • Как рассчитать энергетический спектр вертикальных мюонов?

  • F(Eµ)dEµ

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Дополнительное тестирование электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).моделей взаимодействия адронов

  • Нужно знать:

  • спектр первичных частиц:

  • 1.1 Fp(E)dE - спектр первичных протонов

  • 1.2 FHe(E)dE- спектр первичных ядер гелия

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Энергетический спектр электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).

  • Панов А. Д. и др. Элементарные энергетические спектры космиче-

  • ских лучей по данным эксперимента ATIC-2 // Изв. РАН. сер. физ.

  • 2007. Т. 71. С. 512–515; astro–ph/0612377. (протоны, ядра гелия)

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Аппроксимация электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).G&H

  • Gaisser T. K., Honda M. Flux of atmospheric neutrinos // Annu. Rev.

  • Nucl. Part. Sci. 2002. Vol. 52. Pp. 153–199.

  • dNA/dEk= K * (Ek + b exp(−c√Ek)−α,

  • Ядерная группа (А) α K bc

  • H (1) 2.74 14900 2.15 0.21

  • He (4) 2.64600 1.25 0.14

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


R atic2 g h
Отношение электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).R спектров первичного космического излучения ATIC2/G&H для протонов и ядер гелия

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Дополнительное электронов (а), позитронов (б), гамма-квантов (в) и мюонов (г).тестирование моделей взаимодействия адронов

  • Расчет вертикального спектра мюонов

  • F(Eµ)dEµ

  • Нужны расчеты энергетического спектра мюонов от первичной частицы с энергией E в рамках тестируемой модели:

  • 1.3 Fp(E,Eµ)dEµ - спектр мюонов от протона с энергией E

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Epos 1 99
Энергетический спектр вертикальных мюонов от первичных протонов разных энергий помодели EPOS 1.99

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Qgsjet2
Энергетический спектр вертикальных мюонов от первичных протонов разных энергий помодели QGSJET2

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Дополнительное тестирование моделей взаимодействия адронов

  • Расчет энергетического спектра вертикальных мюонов

  • F(Eµ)dEµ

  • 1.4 FHe(E,Eµ)dEµ- спектр мюонов от

  • ядра гелия с энергией E

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Epos 1 991
Энергетический спектр вертикальных мюонов от первичных ядер гелия разных энергий помодели EPOS 1.99

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Qgsjet21
Энергетический спектр вертикальных мюонов от первичных ядер гелия разных энергий помодели QGSJET2

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Дополнительное вертикальных мюоновтестирование моделей взаимодействия адронов

  • Расчет

  • энергетического спектра

  • вертикальных мюонов

  • F(Eµ)dEµ=

  • = (∫Fp(E)dE·Fp(E,Eµ) +

  • +∫FHe(E)dE·FHe(E,Eµ))dEµ

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Результаты измерений вертикальных мюонов

  • С какими результатами экспериментов сравнивать расчет?

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


L3 вертикальных мюонов – энергетический спектр вертикальных мюонов, данные

  • Achard P. et al.

  • Measurement of the atmospheric muon spectrum from

  • 20 GeV to 3000 GeV

  • // Phys. Lett. 2004. Vol. B598. Pp. 15–32; hep–ex/0408114

  • До 103 ГэВ!

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Macro
MACRO- вертикальных мюоновэнергетический спектр вертикальных мюонов, данные

  • Ambrosio M. et al. Vertical muon intensity measured with MACRO at the Gran Sasso Laboratory

  • // Phys. Rev. 1995. Vol. D52. Pp. 3793–3802

  • Выше 103 ГэВ!

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Отношение вертикальных мюоновR интенсивностей энергетического спектра вертикальных мюонов к данным L3 (до 1ТэВ) и MACRO (выше 1ТэВ), тр.-EPOS 1.99, зв.-QGSJET2

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Расчет энергетического спектра вертикальных мюонов.

  • Kochanov A.A., Sinegovskaya T. S., Sinegovsky S. I., High-energy cosmic

  • ray fluxes in the Earth atmosphere: calculations vs experiments.

  • arXiv:0803.2943 [astro-ph] <http://arxiv.org/abs/0803.2943>;

  • Решение уравнений переноса,

  • другой метод

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Ratio мюонов.R1 oftheobservedintensities

(Δ − [21],

- [22],

● − [23],

■ − [24],

○ − [25],

+ − [26])

of the vertical muons to the calculated muon intensity

in terms of the QGSJET-II model vs. an impulse p of muons.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Вывод о мюонов.составе по доле мюонов

  • Без учета дополнительной нормировки

  • в рамках модели QGSJET2

  • Тяжелый состав

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


The fraction мюонов.α of muons in EAS calculated in terms of the QGSJETII and Gheisha-2002d models for the primary protons (solid line) and the primary iron nuclei (dashed line) and observed at the YaA (dots with error bars) vs. the signal ΔEs(600).

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Вывод о составе по доле мюонов мюонов.

  • В рамках модели QGSJET2с учетом дополнительной нормировки с поправочным коэффициентом 1.3

  • Легкий состав

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН



Вывод ИЯИ РАН

  • Модели должны давать правильные результаты по энергетическому

  • спектру вертикальных мюонов

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Вывод ИЯИ РАН

  • Нужна дополнительная нормировка моделей (подгонка параметров), чтобы делать более надежные выводы

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Не поправочные коэффициенты … ИЯИ РАН

  • Параметры моделей надо адаптировать

  • …. …

  • так, чтобы

  • воспроизвести

  • энергетические спектры вертикальных мюонов

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • Другой интересный момент – исследование доли фотонов среди частиц ПКИ в этой области сверхвысоких энергий. Присутствие таких фотонов могло бы решить проблему происхождения космических лучей через распады гипотетических сверхмассивных частиц. Поиски фотонов привели пока только к ограничениям на их потоки при разных энергиях.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • Поэтому какой-либо параметр ШАЛ, связанный с мюонами, например,

  • плотность мюонов с энергией выше некоторого порога Еп на расстоянии 600 м от оси ливня

  • зависит от энергии Е первичной частицы следующим образом:

  • где a и b– постоянные, причем b < 1.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Это означает, что связанный с мюонами, например,

в аналогичной зависимости

для первичного ядра с атомным

номером А

в рамках гипотезы суперпозициипоявляется

дополнительный множитель А1-b.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


В случае точного учета взаимодействий ядро-ядро

показатель степени

c

в зависимости

Ac

может отличаться от показателя

(1-b),

но все равно будет выполняться неравенство

c> 0

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


. Значение взаимодействий ядро-ядро плотности мюонов

для первичных ядер будет

выше

аналогичной величины

для первичных протонов

при той же энергии Е первичной частицы в

А1-bили(Ас)раз.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Метод расчета взаимодействий ядро-ядро

Расчеты развития каскадов всех вторичных частиц в атмосфере в индивидуальных ШАЛ выполнялись с помощью пакета

CORSIKA 6.616

в рамках моделей

  • QGSJET2 и Gheisha 2002

  • с параметром веса (thinning)

  • ε=10-8

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Метод расчета взаимодействий ядро-ядро

  • Для оценки сигналов от

  • частиц ШАЛ

  • в наземных и подземных

  • сцинтилляционных

  • детекторах использовался пакет

  • GEANT4.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Detector model
Detector model взаимодействий ядро-ядро

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Signals in scintillation detector
Signals in scintillation detector взаимодействий ядро-ядро

  • Signals ∆E in MeV in detectors as functions of

  • 1) energy E

  • and

  • 2) the zenith angle θ(cos(θ))

  • of various incoming particles:

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Electrons
Electrons взаимодействий ядро-ядро

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Positrons
Positrons взаимодействий ядро-ядро

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Gammas
Gammas взаимодействий ядро-ядро

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Muons
Muons взаимодействий ядро-ядро

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • Результаты расчетов взаимодействий ядро-ядро сравниваются с экспериментальными данными по мюонной компоненте широких атмосферных ливней, полученными на Якутской установке, в области энергий 1017 – 3×1019 эВ.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Метод расчета взаимодействий ядро-ядро

  • В случае подземных детекторов с помощью этого пакета учитывалось распространениечастиц ливня, упавших на грунт из атмосферы, через толщу этого грунта, которая для разных детекторов варьировалась от 2.3 м до 3.2 м. Учитывался также химический состав и удельный вес грунта.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Метод расчета взаимодействий ядро-ядро

  • С помощью пакета CORSIKA 6.616 для первичных протонов с энергиями в интервале 1017 – 1020 эВ рассчитывались

  • 1) средние значения плотности мюонов с пороговой энергией выше 1 ГэВ в кольце с радиусами 550-650 м

  • и

  • 2) энергетические спектры мюонов в интервале энергий 0.3 – 100 ГэВ на расстоянии 600 м от оси вертикального ливня (в кольце с радиусами 550 и 650 м).

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Нормированные распределения взаимодействий ядро-ядро

сигналов в подземном детекторе от мюонов с разными энергиями,

падающих на грунт толщины h=3.2 м из атмосферы:

а – Е=1.05 ГэВ,

б – Е=1.5 ГэВ,

в – Е=10 ГэВ.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


  • 1. Энергия взаимодействий ядро-ядро EШАЛ на ЯУ определяется на основе сигнала s(600) :

  • E=a·s(600)

  • a=4.6·1017 эВ.

  • 2. Моделирование сигнала

  • a=3·1017 эВ

  • 3. Новый альтернативный метод оценки энергии.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Метод расчета взаимодействий ядро-ядро

  • Зависимость расчетного сигнала s(600) от энергии E:

  • s(600)=ΔE∙(E/3*1017 эВ)

  • Данные Якутской установки:

  • s(600)=ΔEяк∙(E/4.6*1017 эВ)

  • Величина сигнала от одного мюона принималась равной ΔE =10.5 МэВ

  • Расчетный сигнал в 1.6 раз больше!

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Метод расчета взаимодействий ядро-ядро

  • По значениям плотности мюонов ρμ(600)

  • и сигналаs(600) определяется их отношение

  • (доля мюонов)

  • α=k∙ΔE∙ρμ(600)/s(600)

  • коэффициент k позволяет учесть отличие реального сигнала от принятого из-за изменения пороговой энергии и вклада вторичных частиц в сигнал в подземном детекторе.

  • Расчетная доля в 1.6 раз меньше

  • (сигнал больше)

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Результаты расчета взаимодействий ядро-ядро

  • В зависимости ρμ~Ebпоказатель

  • b=0.895.

  • В рамках гипотезы суперпозиции это означает, что для первичных ядер железадоля αбудет выше вычисленной величины для протонов в А0.105 = 1.53 раз.

  • В случае учета реальных взаимодействий ядро-ядро величина этого коэффициента может быть и несколько меньше этого значения.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Результаты расчета взаимодействий ядро-ядро

  • Наши расчеты сигнала в подземных детекторах показали, что коэффициент

  • k=1.3.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Расчетные сигналы в подземных детекторах

  • Для толщи грунта h = 2.5 м ниже приведены расчетные сигналы в подземных детекторах от мюонов, упавших на грунт вертикально (кружки) Ожидаемые сигналы показаны сплошной (для угла 0о) линией.

  • Хорошо видны

  • как изменения фактического порога (0.65 – 0.7 ГэВ вместо ожидаемого 1 ГэВ),

  • так и превышения величины сигнала над ожидаемым значением 10.5 МэВ.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Dependence of the signal детекторахΔEu(600) on

an energy Eμof the vertical muons.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Dependence of the signal детекторахΔEu(600) on an energy

Eμ of the vertical muonsin interval 0 – 2 GeV.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Dependence of the atomic number <ln детекторахA>

on the energy E for YaA [12].

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Dependence of the atomic number <ln детекторахA> on the energy E for various

experiments: ● − [12], ■ − [9], □ − [33], ▲− [32].

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Вопрос детекторах

  • Можно ли еще увеличитьрасчетный сигнал s(600), чтобы уменьшить долю мюонов?

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Standard agasa approach
Standard AGASA approach детекторах

  • Like AGASA:

  • 1. The CIC method to estimate s(600) for the vertical EAS from data for the inclined EAS.

  • 2. Calculation s(600) for the vertical EAS with energy E:

  • 3. E=3·1017·s(600), eV

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Spectrum
Spectrum детекторах

  • Energy spectra are different for these approaches

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Points yakutsk data stars pao circles yakutsk like agasa
points ─ Yakutsk data, stars ─ детекторахPAO circles ─ Yakutsk like AGASA

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Ratio of intensities of the PCR observed at the детекторахYaA [12] estimated

with help of (3) (solid circles) and with help of (4) (open circles) to

the intensity observed at the HiRes [14] (solid line)

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Ответ детекторах

  • Нельзя, интенсивность

  • упадет ниже РАО

  • Скорее, надо уменьшить сигнал, т.е. увеличить долю мюонов:

  • ещебольше протонов!

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Заключение детекторах

  • ПРОТОНЫ

  • в интервале энергий

  • 3∙1018 – 1019 эВ

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Ratio of intensities of the PCR observed at the YaA [12] estimated

with help of (3) (solid circles) and with help of (4) (open circles) to

the intensity observed at the HiRes [14] (solid line)

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Ratio estimatedR1 of the observed intensities (Δ − [24], − [25], ● − [26], ■ − [27], ○ − [28],

line − [29]) of the vertical muons to the calculated vertical intensity of muons [22] in

terms of the QGSJET-II model versus an impulse p of muons.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Ratio estimatedR2 of muon densities calculated in terms of the FLUKA model to the

muon density with the Gheisha-2002d model versus a distance r from a

shower axis.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Dependence of the atomic number <ln estimatedA> on the energy E for various

experiments: ● − [12], ■ − [9], □ − [33], ▲− [32].

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Ratio estimatedR1 of the observed intensities (○ − [25], grey line − [26])

of the vertical muons to the calculated vertical intensity of muons

[19] in terms of the QGSJET-II model versus an impulse p of muons.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


The fraction estimatedα of muons corrected due to results of

[19, 21-26, 27, 29].

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Ratio of intensities of the PCR observed at the YaA [12] estimated

with help of (3) (solid circles) and with help of (4) (open circles) to

the intensity observed at the HiRes [14] (solid line)

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Dependence of the atomic number <ln estimatedA>

on the energy E for YaA [12].

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Горюнов Н.Н., Деденко Л.Г., Зацепин Г.Т.

«Природа первичной компоненты космических лучей в области высоких энергий и широкие атмосферные ливни»

Изв. АН СССР, сер. физ., т. 26, №5, с. 685-688, 1962.

Gorunov N.N., Dedenko L.G., Zatsepin G.T.

“Nature of primary component of cosmic rays and fluctuation character of EAS”

J. Phys. Soc. Jap. Suppl. A-III, v. 17, p. 103-105, 1962.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Dependence of the signal Г.Т.ΔEu on an energy Eμ of the vertical muons.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


The fraction Г.Т.αof muons in EAS calculated in terms of the

QGSJET-II and Gheisha-2002d models for the primary protons

(solid line) and the primary iron nuclei (dashed line) and

observed at the YaA [12] (dots with error bars) versus the energy E.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Ratio Г.Т.R1 of the observed intensities (Δ − [24], − [25], ● − [26], ■ − [27], ○ − [28],

line − [29]) of the vertical muons to the calculated vertical intensity of muons [22] in

terms of the QGSJET-II model versus an impulse p of muons.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Ratio Г.Т.R2 of muon densities calculated in terms of the FLUKA model to the

muon density with the Gheisha-2002d model versus a distance r from a

shower axis.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Dependence of the atomic number <ln Г.Т.A> on the energy E for various

experiments: ● − [12], ■ − [9], □ − [33], ▲− [32].

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Dependence of the signal Г.Т.ΔEu on an energy Eμ of the vertical muons.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Ratio Г.Т.R1 of the observed intensities (○ − [25], grey line − [26])

of the vertical muons to the calculated vertical intensity of muons

[19] in terms of the QGSJET-II model versus an impulse p of muons.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


The fraction Г.Т.α of muons corrected due to results of

[19, 21-26, 27, 29].

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Ratio of intensities of the PCR observed at the YaA [12] estimated

with help of (3) (solid circles) and with help of (4) (open circles) to

the intensity observed at the HiRes [14] (solid line)

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


Dependence of the atomic number <ln estimatedA>

on the energy E for YaA [12].

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН




Нормированные дифференциальные энергетические спектры мюонов на расстоянии 600 м от оси ливня для разных энергий Е первичного протона.1 – 10^17 эВ, 2 – 10^18 эВ, 3 – 10^19 эВ, 4 – 10^20 эВ.

4-ые Зацепинские чтения 07 июня 2013 ИЯИ РАН


ad