Проект КосмоУНК для исследования космических лучей сверхвысоких энергий

1. Проект КосмоУНК для исследования космических лучей сверхвысоких энергий В.В.Аммосов1, Г.И.Бритвич1, А.П.Останков1, В.П.Павлюченко2, В.А.Рябов2, А.А.Семак1, А.П.Чубенко2 1 ИФВЭ 2 ФИАН В. Аммосов , 29-я РККЛ

2. Задумка Предлагается создание установки и проведение экспериментов по исследованию космических лучей сверхвысоких энергий на базе существующего туннеля УНК в ИФВЭ : - Детектор в туннеле УНК - регистрация проникающей компоненты ШАЛ (µ, ?) - Наземный детектор – регистрация заряженной, электромагнитной и нейтронной компонент ШАЛ В. Аммосов , 29-я РККЛ

3. Статус УНК 20.8 км окружность 20(юг)-60(север) мпод землей 5.1 мдиаметр Наземка – несколько площадок и зданий в южной части Туннель практически полностью готов (95%), остался север (вода) В. Аммосов , 29-я РККЛ

4. 400 см ДК СС 510 см 270 см Установка : Наземный детектор + Подземный детектор в туннеле УНК Регистрация : зар., e/ , n + мюоны с Е > 10-30 ГэВ Вся уст-ка : S~70 км2, 7000 сц.сч. + S~ 105м2, сц.сч. и ДК Концепция установки ch,em,n В. Аммосов , 29-я РККЛ

5. Физика В диапазоне энергий 21015 эВ - 1019 эВ - измерение ядерного состава космических лучей ; - поиск фотонной составляющей космических лучей; - детальное изучение состава ствола ШАЛ. Статистика: J(>E0)= 104 (E0/1017)-2{част/км2 год стер} E0, эВ510151016 101751017 1018 10191020 S = 1 км2 4106 106 104 400 100 Вся уст-ка - - - 3104~104 ~100 ~1 для условий – 1 год, 1 стер В. Аммосов , 29-я РККЛ

6. Мюоны в УНК • малые адронные и э.м. фоны • меньшее многократное рассеяние • относятся к более первым поколениям В. Аммосов , 29-я РККЛ

7. Концепция установки • Измеряемые: • по подземной части • - частичное поперечное распределение мюонов, включая интеграл N ; • - времена прихода мюонов; • направления мюонов ; • по наземной части • - поперечное распределение заряженной компоненты, включая интеграл Nе ; • времена прихода космических лучей; • электромагнитную и нейтронную • составляющие для ствола ливня . Времена прихода и направления мюонов могут быть использованы для восстановления продольного развития ливня Это возможная особенность эксперимента на УНК  R В. Аммосов , 29-я РККЛ

8. Восстановление мюонов Продольное распределение ливня Реально: R< 200 м – большие ошибки, возможно измерение только <h> по углу и времени R> 200 м – время лучше, возможно восстановление продольного распределения , если хватает статистики Т.е. восстановление работает лучше для больших энергий = 10 t= 2 нсек В. Аммосов , 29-я РККЛ

9. Возможности установки Восстановление <hmu> 1017 эВ, R=100 м Слабая чувствительность к А P-Fe = ~40 г/см2, а разброс ~150 г/см2 ошибка в точности восстановлении <hmu> ~ 30 г/см2 Fe p В. Аммосов , 29-я РККЛ

10. Возможности установки <Nmu> v.s. R Полоса 5 м 1017 эВ, Emu > 10 ГэВ Значимое различие при всех R Nmu для р,О,Fe в полосе 5 м на R= 150 м 1017 эВ, Emu > 10 ГэВ Значимое различие в распределениях по множественности В. Аммосов , 29-я РККЛ

11. Возможности установки Nmu v.s. Ne 1017 эВ, Emu > 10 ГэВ Все мюоны Ее > 10 МэВ По Ne также есть разделение как и по Nmu Fe p В. Аммосов , 29-я РККЛ

12. Возможности установки Сильная Ne vs hmu корреляция Уменьшает ширину Neраспределения /Ne все c hmu P , % 50 -> 17 Fe, % 20 -> 10 В. Аммосов , 29-я РККЛ

13. Возможности установки Флуктуации Ne из-за поперечного sampling’a должны быть меньше продольных. Для Fe /Ne < 10% Для полного детектора и мин рег энергии 51017 эВ -> сетка ~ 100 м для 1м2 счетчиков В. Аммосов , 29-я РККЛ

14. Базовый детектирующий элемент На основе 1 м2 сцинтилляционный счетчик: литьевой полистирольный сцинтиллятор Сбор света по спектросмещающим волокнам Световыход 35 фотоэлектронов при толщине 10 мм с ФЭУ-115М Однородность 5% Временное разрешение ~ 1 нс Вес 27 кг Испытан на Тянь Шаньской станции ФИАН Серийное производство в ИФВЭ Необходима оптимизация с целью уменьшения счета до ~ космического Сейчас ~ 10 раз больше В. Аммосов , 29-я РККЛ

15. Дрейфовые камеры НД • Существуют 360 дрейфовых камер =720м2 • от Нейтринного Детектора ИФВЭ-ОИЯИ • Размер камеры 400х51х12 см3 • чувств. объем 370х50х6 см3 • дрейфовый промежуток 250 мм(Тмакс=5мкс) • 4 сигнальные проволочкистринг • точность координатная – 1мм, угловая-30мрад • эфф. восстановления стринга – 98% (угол<600) • Межстринговое разрешение – 4 мм • Газовая смесь - 94%Ar + 6%СО2 В. Аммосов , 29-я РККЛ

16. наземный детектор 80х120 м2 1016 подземный детектор 4х200 м2 АБК 200 м кн 1099 300 м 1-я очередь На базе площадки № 1016 (есть инфраструктура) 104 м2  106м2 Детектор 104 м2: -подземный- 360 ДК вплотную, 4х200=800 м2 -наземный – 1м2 сц.сч. , всего 335 шт., шаг сетки 6м (~3% активной области) - физ. задача – поиск фотонных ливней в диапазоне 1014 – 1016 эВ. Статистика при 51014эВ ~106 соб/год В. Аммосов , 29-я РККЛ

17. 1-я очередь Ожидается, что можно улучшить верхний предел для дифф. фотонов в области энергий 51014 – 1015 эВ . В. Аммосов , 29-я РККЛ

18. Измерение фонов MIP Счет 1м2 сц. счетчика, Гц самозапуск совпадения Поверхность 1000 100 Туннель(25м) 300 10 все В. Аммосов , 29-я РККЛ

19. Заключение Возможна постановка эксперимента по прецизионному измерению КЛ с энергиями 21014 – 1019 эВ с привлечением мюонной компоненты на базе туннеля УНК: есть готовый туннель, инфраструктура, производство сц. счетчиков 1. Мюоны на УНК альтернатива флюоресценции для продольного восстановления ливня * Помогают для ядерного разделения *Позволяют уменьшить продольные флуктуации ливня *Приводят к необходимости улучшения поперечного разрешения 2. Разумна поэтапность создания установки – 1-я очередь 21014 – 1016 эВ 3. Приветствуются дополнительные методы регистрации КЛ в рамках установки 4. Необходима помощь как российских, так и зарубежных космиков В. Аммосов , 29-я РККЛ