分别调整成分或模型参数均可拟合试验结果形成多义性UHECR研究课件

羊八井宇宙线实验羊八井宇宙线实验,解开解开UHE CRUHE CR成分成分/模型纠缠的前景模型纠缠的前景谭有恒（中科院高能所）For 高能物理第七届学术会议September,2006,桂林4300m a.s.l.羊八井宇宙线实验,解开UHE CR谭有恒（中科院高能所1Hadronic PhysicsCosmic Ray Physics 加速器加速器-较低能(高能)-中心区-高流强-已知的入射粒子和靶核-探测器密集 宇宙线宇宙线-甚高能,超高能-朝前区-低流强-入射粒子未知入射粒子未知-探测器稀疏(羊八井地毯除外)Hadronic PhysicsCosmic Ray Phy2在宇宙线能区的强作用在宇宙线能区的强作用基于加速器能区加速器能区下述参数的外推外推,构造唯象模型:QGSJET,SIBYLL,DPMJET,EPOS非弹性作用截面 p-p,p-air非弹性系数次粒子多重数次粒子的(赝)快度分布能量依赖性加速器能区加速器能区UHE宇宙线能区宇宙线能区GAP在宇宙线能区的强作用基于加速器能区下述参数的外推,构造唯象模3分别调整成分或模型参数均可拟合试验结果形成多义性UHECR研究课件4P-Air inelastic cross sectionP-Air inelastic cross section5QGSJET-II QGSJET SIBYLL 2.1QGSJET-II QGSJET SIBYLL 2.16QGSJET-II QGSJET SIBYLL 2.1QGSJET-II QGSJET SIBYLL 2.17荷电粒子数快度分布的实验结果荷电粒子数快度分布的实验结果8Production spectrum(p-14N)BaryonsMesonsFeynman(in LS)Production spectrum(p-14N)Bar9然后又基于这些模型假定去测UHE作用参数作用参数或原初元素成分原初元素成分,陷入了“成分成分/模型模型纠缠纠缠”怪圈分别调整成分成分或模型模型参数均可拟合实验结果形成多义性UHE CR 研究的研究的老大难老大难然后又基于这些模型假定去测UHE10Longitudinal development of ASLongitudinal development of AS11分别调整成分或模型参数均可拟合试验结果形成多义性UHECR研究课件12R.Ulrich talkR.Ulrich talk13CR composition at the kneeCR composition at the knee14 Relative fractions of p,He and CNO are dependent on modelBUT break in p is 600 TeV and in He at 1200 TeV Very different from the Tibet result(100 TeV)Relative fractions of p,He a15Average massS.Ogio et al.Ap.J 612(2004)268Average massS.Ogio et al.Ap.J16解开解开C/MC/M纠缠纠缠的曙光的曙光 LHC Elab 1017eV:即将实现二能区的衔二能区的衔接接,并扩大对朝前区粒子的观测范围扩大对朝前区粒子的观测范围 弄清UHE作用模型指日可待,使CR专注CR成分探索 羊八井地毯式阵列的建成及羊八井地毯式阵列的建成及YSCA的可能实现的可能实现 高海拔高海拔-最佳观测高度:簇射最大,涨落最小,C/M依赖最小 地毯式地毯式-获取各单个簇射的粒子时空分布的整体和 细致图像可能,若配合以别的探测器,有检验UHE作用模型的能力及逐事例区分原初成分的可能 复合式复合式-多品种、多参数同时测量解开C/M纠缠的曙光17Knee(1015eV)I particle/(m2 year)Proton-(anti)Proton cross-sections important for measuring extensive air shower development(EAS),every primary particle produces an EASJames L.Pinfold IVECHRI 2006 4KneeProton-(anti)Proton cross-18The ATLAS approach is to measure elastic scattering down to such small t-values that the cross section becomes sensitive to the EM amp.via the Coulomb interference term.LHC measurement of TOT expected to be at the 1%level useful in the extrapolation up to HECR energiesThe p-p total cross-section10%difference in measurements ofTevatron Expts:James L.Pinfold IVECHRI 2006 14(log s)The ATLAS approach is to measu19Regions of most interest for showersPseudo-rapidityMultiplicityEnergy distributionFORWARD PHYSICSRegions of most interest for s20Models describe the Tevatron well-but LHC model predictions reveal large discrepancies in extrapolation.No direct correlation between central and forward production.(10TeV时，Ne1000；1000TeV时，Ne106个电子挑战膝区物理挑战膝区物理区分成分、测准能谱YBJ具有无可争辩的优势ARGO-II及羊八井超级复合阵列计划地理最佳 近Xmax:22若将ARGO地毯发展为羊八井超级复合阵列羊八井超级复合阵列若将ARGO地毯发展为231 Cluster 的RPC探测器 全部 238个 clusters,10000m21 Cluster 的 CBD 整个 CBD 共42 clusters,1800m2室内子探测器中的一个cluster (一个子探测器含12个 RPC)室外子探测器中的一个Block,(每个含4个Block,432 m2)2m2 闪烁探测器,72台1m2,闪烁探测器,192 台测定AS 粒子到达时间错落(脉冲形状)的精细闪烁探测器,29台计划中的羊八井计划中的羊八井超级复合阵列超级复合阵列1 Cluster 的RPC探测器计划中的羊八井24ABCDEF10cm5cm15.3cm11.4cm一个RPC，2.85mX1.25m A&C:同时具有数字读出和大动态模拟读出的RPC(高阻平板室)粒子探测器，用于和电子测量;C 也是整个万平米“地毯”的一部分B:5mm Pb 板,/e 转换体D:10cm Pb板，/e 过滤体E:具x和Y数字读出的RPC,测子F:地板A型型(厅内厅内)子探测器结构图子探测器结构图顶视图侧视图电缆空间YSCA YSCA 厅内厅内 子探测器结构图子探测器结构图(一个一个ClusterCluster,四个四个ClusterCluster 组成一个组成一个 170170m m2 2的的 子探测器子探测器)A10cm5cm15.3cm11.4cm一个RPC，2.8525ABC10cm Pb or 30cm Fe 板第一层流光管粒子探测器第一层流光管粒子探测器4X9盒流光管（每盒8丝8间隔，3cm高 X25cmX12m），安装在4个40呎或8个20呎闲置的集装箱中X 读出读出:自阳极丝Y 读出读出:自感应条 侧视图顶视图9.4m12mB型型(野外野外)子探测器结构图子探测器结构图YSCA YSCA 野外野外 子探测器结构图子探测器结构图(一个一个BlockBlock,四个四个BlockBlock组成一个组成一个 430430m m2 2的的 子探测器子探测器)A10cm Pb or 30cm Fe 板4X9盒流光管（每26A Resistive Plate Chamber 多层钢架多层钢架(一 cluster用一个钢架,一处子探测器共用4个架子)A,C&E:一个 RPC B:5mm Pb 板D:10cm Pb 板 F:ARGO厅内地板 ABCDEF厅内厅内 子探测器安装方案子探测器安装方案(一个一个Cluster)Cluster)Outer sideInner sideA Resistive Plate Chamber 多层钢架27野外野外 子探测器安装方案子探测器安装方案(一个一个Block)Block)10cm Pb 板或 30cm Fe 板作为/e过滤体2 层流光管集装箱总面积 110m2土土1m1m棚布棚布地平面野外子探测器安装方案(一个Block)10cm Pb 板或28Muons versus Charged particlesMissing Energy!Muons versus Charged particles29在在100100TeV TeV 的三种的三种AS AS 中的中的 与与 子的密度比子的密度比心距R密度比/在100TeV 的三种AS 中的与子的密度比心距R密度30简单的-cut就可实现清楚的-AS/P-AS分辨。既然都相信能量1015eV以下的CR都源自河内，那么在YBJ找到UHE 源亦即UHE 宇宙线源的机会将会很高UHEUHE（50TeV100PeV50TeV100PeV）-天文在天文在YBJYBJ简单的-cut就可实现清楚的-AS/P-AS分辨。既然都31在在100100TeV TeV 的三种的三种AS AS 中的中的、子密度比子密度比心距RLog(/)在100TeV 的三种AS 中的、子密度比心距RLog(32在在100100TeV TeV 的三种的三种AS AS 中的中的电子、电子、子密度比子密度比Log(e/)心距R在100TeV 的三种AS 中的电子、子密度比Log(33MCMC第一印象第一印象:P/P/重核分辨一目了然重核分辨一目了然MC模拟:200TeV的P(左)和Fe(右)引起的AS在地毯上的粒子数分布一例MC第一印象:P/重核分辨一目了然MC模拟:200T34Main jobs of YSCA Main jobs of YSCA(50TeV-100PeV)All the research items planned by ARGO-I,mainly Sub-Tev10TeV-ray astronomy;Moon-shadow and Sun-shadow;UHE(50TeV-10PeV)-ray sources -search for cosmic ray sources in our GalaxyUHE CR and Knee Physics(50TeV-100PeV)Direct measure all particle spectra and P-,Fe-spectra;deduce other elementary groups energy spectra.Approach the origin of the Knee,the mechanism of CR acceleration&propagationCharacters of UHE interaction(specially in extreme forward region);also as byproducts:some Rare/abnormal phenomena(exotic or strange events)Solar particle&“Space Weather”Main jobs of YSCA(50TeV-100Pe35解开成分解开成分/模型纠缠模型纠缠,研究研究UHEUHE作用作用极端朝前区特性和极端朝前区特性和UHE作用模型检验作用模型检验 E1近心事例；SCA测P-AS过度曲线，AS e/关系。大大PT(E)地毯尽显AS多心结构（70年代Leeds25m2,Norikura54m2火花室地毯）新粒子新现象新粒子新现象 hadron bundle,Centauro(无无 0),需E2测细部，SCA给母AS参数 迟到的长夀命重粒子迟到的长夀命重粒子 需专测AS粒子盘时间结构的设备 UHE Strangelet(小SQM):特多心、多？结构不像通常AS？不需新增设备 只要特殊就注意ARGO-II及羊八井超级复合阵列计划解开成分/模型纠缠,研究UHE作用极端朝前区特性和UHE作36Tibet III+MUON8,640 m2Tibet III+MUON8,640 m237让我们期待基于基于ARGO地毯的羊八井超级复合阵列地毯的羊八井超级复合阵列（YSCA）Sub-TeV-VHE-源源,暴，暴，UHE-源（源（CR源）源）,UHE-CR,膝区物理膝区物理,极端朝前区物理极端朝前区物理及稀有或反常现象及稀有或反常现象 太阳粒子事件,空间天气监测Tibet-III+Muon UHE -源源，亦即CR源-可能成为YBJ最显眼的贡献！让我们期待基于ARGO地毯的羊八井超级复合阵列（YSCA）38谢谢！谢谢！39 40%More muons 40%40Charged particle DistributionsPseudorapidity related to longitudinal velocityNeglecting particle massRapidity plateau dN/d constant for|2Boost invarianceRadial expansiondN/d scales with NpartIndependent of incident nucleiTotal charged multiplicity in central AuAu collisions is 4200+/-470dNch/ddN/d 200 GeV=-6.3=6.3=0=1=2PHOBOSAu+Au35-40%,Npart=99Cu+CuPreliminary3-6%,Npart=100PHOBOSS.Klein900GeVCharged particle Distributions41