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羊八井 AS γ 地下 muon 探测器实验进展

羊八井 AS γ 地下 muon 探测器实验进展. 钱祥利 山东大学、中科院高能所 2014 年 4 月 21 日. 主要内容. 实验物理目标 探测器介绍 As γ 实验及 muon 探测器 数据获取系统介绍 探测器性能 分辨率、不均匀性、长期稳定性 总结与展望. 宇宙线的起源、加速和传播. “标准烛光”蟹状星云是一个典型的电子源. 标准的起源和加速理论：剧烈天体演化所产生的 激波 ； 正在加速的源 以观测 γ 最为有效，迄今成百上千个 γ 源 都是 电子源，核子源没找到； 古老源 （>百万年） 需要观测 宇宙线 自身 （遗迹） ； 传播：各向异性等研究.

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羊八井 AS γ 地下 muon 探测器实验进展

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  1. 羊八井AS γ地下muon探测器实验进展 钱祥利 山东大学、中科院高能所 2014年4月21日

  2. 主要内容 • 实验物理目标 • 探测器介绍 • Asγ实验及muon探测器 • 数据获取系统介绍 • 探测器性能 • 分辨率、不均匀性、长期稳定性 • 总结与展望

  3. 宇宙线的起源、加速和传播 “标准烛光”蟹状星云是一个典型的电子源 • 标准的起源和加速理论：剧烈天体演化所产生的激波； • 正在加速的源以观测γ最为有效，迄今成百上千个γ源都是电子源，核子源没找到； • 古老源（>百万年）需要观测宇宙线自身（遗迹）； • 传播：各向异性等研究

  4. 宇宙线强子起源的证据：100TeV能区伽马射线的发射宇宙线强子起源的证据：100TeV能区伽马射线的发射 TeV J2032+4130 (~5% Crab) γ的产生机制： 轻子起源：韧致辐射、同步辐射、逆康普顿散射； 强子起源：P + P  π±+ π0 +… e±+ ν + γ + …

  5. 10TeV以上能区国际最灵敏的γ/电子探测器 中方独立承担一组900平方米地下 Muon探测器（MD-A）的研制与运行 MD ~10,000m2 MD(12个)面积：10800m2 MD-I(5个)面积：4500m2 MD-A AS+MD全阵列，成为全（北）天区>10TeV灵敏度最高的γ天文望远镜

  6. MDA探测器研制 • muon探测器设计： • 采用水切伦科夫技术 • 地下2.5m ( ~ 19辐射长度) • 12个单元构成(每个单元16个水池) • 水池大小7.2m×7.2m×2m • 装有20英寸PMT、大型密闭水袋 7.2m 探测器内部结构示意图 1.9m 7.2m×7.2m × 1.9m整体密封的水袋

  7. MDA完成了16个水池的安装和测试工作 铺设衬底和水袋 水池清理及PMT安装 MDA 控制室 水净化系统注水 电缆走线示意图

  8. PMT基本性能测试 • LED光源经teflon弥散 • 拟合函数：指数+高斯 • ADC分辨率：0.1pC/count 1840V gain: 3.0375e+07 2000V gain: 6.49812e+07 2200V gain:1.4475e+08 SPE测试 PMT(R3600-06)不同高压下的SPE谱

  9. PMT基本性能测试 以2200V为参考电压 绝对增益 hv: 1840 gain: 3.0375e+07 hv: 2000 gain: 6.49812e+07 hv: 2200 gain: 1.4475e+08 相对增益 hv: 1200 gain: 671035 hv: 1300 gain: 1.43012e+06 hv: 1400 gain: 2.87342e+06 hv: 1500 gain: 5.47653e+06 hv: 1600 gain: 9.86368e+06 hv: 1700 gain: 1.69492e+07 hv: 1800 gain: 2.83215e+07 hv: 1840 gain: 3.35469e+07 hv: 1900 gain: 4.44918e+07 hv: 2000 gain: 6.86684e+07 hv: 2100 gain: 1.01668e+08 hv: 2200 gain: 1.4475e+08 hv: 2300 gain: 1.99684e+08 hv: 2400 gain: 2.71339e+08 β= 8.7 • 高压范围：1200V-2400V（步长100V） • 拟合函数：μ=A.Vβ 高压响应

  10. MDA数据获取及相关电子学 MDA数据获取示意图 • 共16路PMT信号 • 采用TDC、ADC、甄别器、高压等插件， • TDC分辨0.8ns/bin，ADC分辨0.1pC/bin • 表面阵列给出trigger信号，触发率~1.7kHz，数据量10G/day • GPS触发板（接收trigger信号，给出GPS时间）

  11. 单muon波形图 单μ信号宽度：~750ns 上升时间：~80ns 幅度：~几十mV

  12. 单muon的测试 MDA与07年原型探测器对比 MDA各个水池测到的单μ谱 • MD-A单Muon分辨率（FWHM）为34%，而07年原型探测器则大于70%； • 光电子数为07年原型探测器的17倍，约300多个光电子；

  13. 位置均匀性测试 Scintillation counters Soil pool A B 7.2m D C Site A 2.9m 不同位置处得到的单Muon峰值差别<6% 测试系统示意图

  14. 长期稳定性的监测 监测时间2013.11.22 – 2014.3.7 Tank1 注完水一个月之后，单μ信号的变化情况 信号下降~3%，之后趋于稳定

  15. 宇宙线shower事例的探测与重建 挑选出MDA不少于4路探测器着火，利用平面拟合进行方向重建 重建出的天顶角分布 重建出的方位角分布 拟合函数

  16. 宇宙线shower事例的探测与重建 其中一个事例，theta=23.8°

  17. 总结与展望 • 单元探测器的性能测试表明 • MDA探测器明显优于07年Prototype探测器 • 单Muon分辨率达到30%，光电子数在300个左右，具有很好的位置均匀性 • 信号长期稳定性好 • MDA已经正式运行，进行shower事例的重建 • AS γ表面阵列正在恢复运行中，期待更多联合运行的数据，早日取得更多的物理结果。

  18. 谢谢大家！

  19. 模拟结果对比 • 水吸收长度的确定： 模拟参数： 440nm时，70m， 325nm时，28m； 其他实验结果： Super-K：420nm，98m Milagro：325nm， 水池15m，tank5m

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