LHAASO电磁探测器电荷标定和PeV能区强作用模型检验

LHAASO, one cosmic ray observatory on high mountain, is going to be built in Sichuan, China. One of its main goals is to uncover the origin of the high energy cosmic ray, the mystery of the century. In order to achieve high level results early with high quality data, the method of detector calibration should be developed during LHAASO being built. This proposal will focus on the calibration method on the electromagnetic detector of LHAASO. One system for relative gain calibration will be developed, in order to reduce the non-uniformity of the photomultiplier gain of the electromagnetic detector. The single particle peak of the electromagnetic detector is monitored in real-time by using the marginal detector signal of the cosmic ray air shower without interrupting the experiment, so the detector can be calibrated hour by hour. On the other hand, PeV is knee region of the cosmic ray energy spectra, and the knee structure still is one unresolved problem due to the hadronic interaction model tangling with the cosmic ray component. The electromagnetic detectors and muon detectors of LHAASO cover one square kilometer area, then the PeV cosmic ray event rate will increase drastically. This array also possesses the ability to identify the cosmic ray component. All the qualities of the array will provide the possibility for verifying the hadronic interaction at PeV. So, this proposal will study the characters of the air shower of the square kilometer array, and test the hadronic interaction model at PeV also.

LHAASO实验是我国即将建设的高山宇宙线观测实验，最主要目标是解开高能宇宙线起源这一世纪之谜。为尽快取得高质量的实验数据，早出成果，在LHAASO实验建设过程中，必须同时发展探测器的性能标定方法。本项目将重点开展LHAASO电磁探测器的性能标定研究，开发一套增益相对标定方法，降低光电倍增管增益的不一致性；并利用簇射事例的边缘探测器信号，发展电磁探测器单粒子峰实时监测方案，实现小时量级探测器性能标定。另一方面，PeV能区是宇宙线能谱的膝区，一直存在强相互作用模型与原初宇宙线成分纠缠的两难问题。由电磁探测器和缪子探测器组成的LHAASO平方公里阵列，大大增加了PeV能量的宇宙线的事例率，并具有一定原初宇宙线成分的分辨能力，为检验PeV能区极端前向强相互作用机制提供可能。本项目将利用LHAASO实验平方公里阵列的宇宙线簇射数据，研究对强作用模型敏感的特征量，对PeV能区强作用模型进行检验。

LHAASO（高山宇宙线观测站）实验，主要目标是解开高能宇宙线起源这一世纪之谜。PeV能区是宇宙线能谱的膝区，与宇宙线起源和传播机制密切相关，但一直存在强相互作用模型与原初宇宙线成分纠缠的两难问题。由电磁探测器和缪子探测器组成的LHAASO平方公里阵列，具有了较强的宇宙线成分的分辨能力，为检验PeV能区强相互作用机制提供可能。本项目研制了一套高精度PMT工作电压设定系统，有效提高了PMT增益的一致性，奠定了KM2A阵列精确测量的基础；项目工作还研究利用ED探测器单粒子峰对ED探测器进行实时在线标定，进一步消除环境变化等因素对信号测量带来的影响。通过比较实验测量的簇射缪子数据与不同强作用模型产生的模拟结果，对强作用模型进行初步检验，没有发现目前模拟结果相对实验测量的明显超出，强作用模型在10PeV以下能区没有受到显著破坏。本项目的研究结果表明，LHAASO实验探测器测量结果与模拟预期一致，强作用模型仍适用，实验测量数据精确可靠，实验结果可信。LHAASO实验利用KM2A实验数据，对银河系的sub-PeV能量伽马源进行搜寻，首次发现了能量超过1PeV的伽马射线发射，并且发现了12个能量超过100TeV的伽马射线源，从而打开PeV伽马天文时代大门。随着LHAASO实验的全面建成，一批重要宇宙线观测成果将会被发现。

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