最高エネルギー宇宙線観測における地表検出器特性による系統誤差の研究

最高能量宇宙线观测中表面探测器特性引起的系统误差研究

• 批准号: 17033003
• 负责人: 榊 直人
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Aoyama Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17033003/
• 关键词: 宇宙線; 超高エネルギー天体物理学; 空気シャワー

日本のAGASA実験グループは、エネルギースペクトルは1020eVを超えて延びているという観測結果を得ているのに対し、アメリカのHiResグループは10^<20>eV付近でスペクトルが落ち込んでいるという結果を発表している。両実験ともに10^<20>eVを超えるイベントの期待値は多くなく、さらに高統計で議論する必要があるため、Auger Project (Auger)、Telescope Array Project (TA)といったさらに大規模な実験が進められている。Augerでは水チェレンコフ検出器、TAではシンチレーター検出器をそれぞれメイン検出器として用いているため、検出器特性の違いのために異なる結果を出す可能性がある。AGASAのサイトで行ったAugerプロトタイプ検出器の性能実験結果とシミュレーションを用いて検出器特性による系統誤差の評価を行った。宇宙線空気シャワーシミュレーションとしては、多くの実験グループにより用いられているCORSIKA6.5を用い、GEANT48.0により、AGASAシンチレーター検出器、Augerプロトタイプ検出器の特性を考慮した。空気シャワーの発達において高エネルギーでの相互作用モデルはQGSJET-II、SIBYLL2.1を用い、一次宇宙線種として陽子、鉄核について比較を行った。シャワー粒子数のシャワー軸からの距離に対する分布はシンチレーター、水タンクともにどのモデル、粒子種の組み合わせでも実験データがほぼ再現されたが、陽子を用いた方が再現性が良かった。AGASA、Augerではエネルギー決定のパラメーターとしてシャワー軸から、それぞれ600m、1000mでの粒子数密度を用いている。この値から推定エネルギーへの影響を見積もると、最大±6%(天頂方向)〜±14%(45度)、水タンクでは±18%(天頂方向)〜±12%(45度)の違いが生じることが分かった。

日本AGASA实验小组得到了能谱延伸到1020eV以上的观测结果，而美国HiRes小组则公布了能谱下降了10^20eV左右的结果。在这两个实验中，超过10^<20>eV的事件的预期值并不多，需要用更高的统计量来讨论它们，因此更大规模的实验如俄歇计划（Auger）和望远镜阵列项目（TA）正在进行中。由于Auger使用水切伦科夫探测器而TA使用闪烁体探测器作为主要探测器，因此存在由于探测器特性的差异而获得不同结果的可能性。使用性能实验结果和在 AGASA 现场进行的俄歇原型探测器模拟来评估由于探测器特性引起的系统误差。对于宇宙射线空气簇射模拟，使用了许多实验组使用的CORSIKA6.5，并使用GEANT48.0来考虑AGASA闪烁体探测器和俄歇原型探测器的特性。我们使用QGSJET-II和SIBYLL2.1作为空气簇射发展的高能相互作用模型，并将质子和铁核作为主要宇宙射线种类进行比较。喷淋粒子数量相对于距喷淋轴距离的分布与闪烁体和水箱模型以及粒子类型组合的实验数据几乎相同，但使用质子时再现性更好。 AGASA 和 Auger 分别使用距簇射轴 600 m 和 1000 m 处的粒子数密度作为能量确定的参数。从该值估算对估算能量的影响，最大差异为±6%（天顶方向）至±14%（45度），水箱差异为±18%（天顶方向）至±12% （45度）。