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文档简介

羊八井宇宙线实验,

解开UHECR成分/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4300ma.s.l.羊八井宇宙线实验,解开UHECR谭有恒(中科院高能所1HadronicPhysicsCosmicRayPhysics

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

甚高能,超高能朝前区低流强入射粒子未知探测器稀疏(羊八井地毯除外)HadronicPhysicsCosmicRayPhy2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UHE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-AirinelasticcrosssectionP-Airinelasticcrosssection5QGSJET-II

QGSJET

SIBYLL2.1QGSJET-IIQGSJETSIBYLL2.16QGSJET-II

QGSJET

SIBYLL2.1QGSJET-IIQGSJETSIBYLL2.17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8Productionspectrum(p-14N)BaryonsMesonsFeynman(inLS)Productionspectrum(p-14N)Bar9然后又基于这些模型假定去测UHE作用参数或原初元素成分,陷入了“成分/模型纠缠”怪圈分别调整成分或模型参数均可拟合实验结果形成多义性UHECR研究的老大难然后又基于这些模型假定去测UHE10LongitudinaldevelopmentofASLongitudinaldevelopmentofAS11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.UlrichtalkR.Ulrichtalk13CRcompositionatthekneeCRcompositionattheknee14

Relativefractionsofp,HeandCNOaredependentonmodelBUT–breakinpis~600TeVandinHeat~1200TeVVerydifferentfromtheTibetresult(~100TeV)Relativefractionsofp,Hea15AveragemassS.Ogioetal.Ap.J612(2004)268AveragemassS.Ogioetal.Ap.J16解开C/M纠缠的曙光

LHC

Elab1017eV:

即将实现二能区的衔接,并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YSCA的可能实现

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---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---多品种、多参数同时测量解开C/M纠缠的曙光17Knee(~1015eV)Iparticle/(m2year)Proton-(anti)Protoncross-sections–importantformeasuringextensiveairshowerdevelopment(EAS),everyprimaryparticleproducesanEASJamesL.PinfoldIVECHRI20064KneeProton-(anti)Protoncross-18TheATLASapproachistomeasureelasticscatteringdowntosuchsmallt-valuesthatthecrosssectionbecomessensitivetotheEMamp.viatheCoulombinterferenceterm.LHCmeasurementofsTOTexpectedtobeatthe1%level–usefulintheextrapolationuptoHECRenergiesThep-ptotalcross-section10%differenceinmeasurementsofTevatronExpts:JamesL.PinfoldIVECHRI200614(logs)TheATLASapproachistomeasu19RegionsofmostinterestforshowersPseudo-rapidityMultiplicityEnergydistributionFORWARDPHYSICSRegionsofmostinterestfors20ModelsdescribetheTevatronwell-butLHCmodelpredictionsreveallargediscrepanciesinextrapolation.Nodirectcorrelationbetweencentralandforwardproduction.(<100infixedtargetenergy)LHCForwardPhysics&CosmicRaysJamesL.PinfoldIVECHRI200613ET(LHC)E(LHC)ModelsdescribetheTevatronw21ARGO-II及羊八井超级复合阵列计划地理最佳

近Xmax:Ne大,涨落小,成分/模型依赖弱;可作长的过渡曲线。阵列最细

地毯式:AS粒子时空分布的完整信息+、Č信息E0测定准确近逐实例分辨原初成分#无偏选择

大统计量、高触发效率*、不人为选弃事例--------才可获取准确的流强和元素成分(分成分的能谱)

#*当E0>10TeV时,Ne>1000;>1000TeV时,Ne>106个电子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若将ARGO地毯发展为231Cluster的RPC探测器

全部238个clusters,~10000m21Cluster的CBD

整个CBD共42clusters,~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,~432m2)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台计划中的羊八井超级复合阵列1Cluster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:5mmPb板,/e转换体D:10cmPb板,/e过滤体E:具x和Y数字读出的RPC,测子F:地板A型(厅内)子探测器结构图顶视图侧视图电缆空间YSCA厅内子探测器结构图(一个Cluster,四个Cluster

组成一个~170m2的子探测器)A10cm5cm15.3cm11.4cm一个RPC,2.8525ABC10cmPbor30cmFe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:自阳极丝Y读出:自感应条侧视图顶视图9.4m12mB型(野外)子探测器结构图YSCA野外子探测器结构图(一个Block,四个Block组成一个~430m2的子探测器)A10cmPbor30cmFe板4X9盒流光管(每26A

Resistive

PlateChamber

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RPCB:5mmPb板D:10cmPb板F:ARGO厅内地板ABCDEF厅内子探测器安装方案(一个Cluster)OutersideInnersideAResistivePlateChamber多层钢架27野外子探测器安装方案(一个Block)10cmPb板或30cmFe板作为/e过滤体2层流光管集装箱总面积110m2土1m1m棚布地平面野外子探测器安装方案(一个Block)10cmPb板或28MuonsversusChargedparticlesMissingEnergy!!!MuonsversusChargedparticles29在100TeV的三种AS中的

与子的密度比心距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UHE(50TeV—100PeV)-天文在YBJ简单的-cut就可实现清楚的-AS/P-AS分辨。既然都31在100TeV的三种AS中的、子密度比心距RLog(/)在100TeV的三种AS中的、子密度比心距RLog(32在100TeV的三种AS中的

电子、子密度比Log(e/)心距R在100TeV的三种AS中的

电子、子密度比Log(33MC第一印象:P/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:

200T34MainjobsofYSCA(50TeV-100PeV)AlltheresearchitemsplannedbyARGO-I,mainlySub-Tev—10TeV-rayastronomy;Moon-shadowandSun-shadow;UHE(50TeV-10PeV)-raysources

---searchforcosmicraysourcesinourGalaxyUHECRandKneePhysics(50TeV-100PeV)

DirectmeasureallparticlespectraandP-,Fe-spectra;deduceotherelementarygroup’senergyspectra.ApproachtheoriginoftheKnee,themechanismofCRacceleration&propagationCharactersofUHEinteraction

(speciallyinextremeforwardregion);

alsoasbyproducts:someRare/abnormalphenomena

(exoticorstrangeevents)Solarparticle&“SpaceWeather”MainjobsofYSCA(50TeV-100Pe35解开成分/模型纠缠,

研究UHE作用极端朝前区特性和UHE作用模型检验

E1近心事例;SCA测P-AS过度曲线,ASe//Č关系。。。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

hadronbundle,‘Centauro’(无0),需E2测细部,SCA给母AS参数

迟到的长夀命重粒子需专测AS粒子盘时间结构的设备

UHEStrangelet(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36TibetIII+MUON8,640m2TibetIII+MUON8,640m237让我们期待基于ARGO地毯的羊八井超级复合阵列(YSCA)

Sub-TeV--VHE-源,

暴,

UHE-源(CR源),UHE-CR,

‘膝区物理’,极端朝前区物理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,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%Moremuons~40%40ChargedparticleDistributionsPseudorapidityhrelatedtolongitudinalvelocityNeglectingparticlemassRapidityplateaudN/d~constantfor|

|<2BoostinvarianceRadialexpansiondN/dscaleswithNpartIndependentofincidentnucleiTotalchargedmultiplicityincentralAuAucollisionsis4200+/-470hdNch/dhdN/d@200GeV=-6.3=6.3

=0=1=2PHOBOSAu+Au35-40%,Npart=99Cu+CuPreliminary3-6%,Npart=100PHOBOSS.Klein900GeVChargedparticleDistributions41

羊八井宇宙线实验,

解开UHECR成分/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4300ma.s.l.羊八井宇宙线实验,解开UHECR谭有恒(中科院高能所42HadronicPhysicsCosmicRayPhysics

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

甚高能,超高能朝前区低流强入射粒子未知探测器稀疏(羊八井地毯除外)HadronicPhysicsCosmicRayPhy43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UHE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44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45P-AirinelasticcrosssectionP-Airinelasticcrosssection46QGSJET-II

QGSJET

SIBYLL2.1QGSJET-IIQGSJETSIBYLL2.147QGSJET-II

QGSJET

SIBYLL2.1QGSJET-IIQGSJETSIBYLL2.148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49Productionspectrum(p-14N)BaryonsMesonsFeynman(inLS)Productionspectrum(p-14N)Bar50然后又基于这些模型假定去测UHE作用参数或原初元素成分,陷入了“成分/模型纠缠”怪圈分别调整成分或模型参数均可拟合实验结果形成多义性UHECR研究的老大难然后又基于这些模型假定去测UHE51LongitudinaldevelopmentofASLongitudinaldevelopmentofAS52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53R.UlrichtalkR.Ulrichtalk54CRcompositionatthekneeCRcompositionattheknee55

Relativefractionsofp,HeandCNOaredependentonmodelBUT–breakinpis~600TeVandinHeat~1200TeVVerydifferentfromtheTibetresult(~100TeV)Relativefractionsofp,Hea56AveragemassS.Ogioetal.Ap.J612(2004)268AveragemassS.Ogioetal.Ap.J57解开C/M纠缠的曙光

LHC

Elab1017eV:

即将实现二能区的衔接,并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YSCA的可能实现

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---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---多品种、多参数同时测量解开C/M纠缠的曙光58Knee(~1015eV)Iparticle/(m2year)Proton-(anti)Protoncross-sections–importantformeasuringextensiveairshowerdevelopment(EAS),everyprimaryparticleproducesanEASJamesL.PinfoldIVECHRI20064KneeProton-(anti)Protoncross-59TheATLASapproachistomeasureelasticscatteringdowntosuchsmallt-valuesthatthecrosssectionbecomessensitivetotheEMamp.viatheCoulombinterferenceterm.LHCmeasurementofsTOTexpectedtobeatthe1%level–usefulintheextrapolationuptoHECRenergiesThep-ptotalcross-section10%differenceinmeasurementsofTevatronExpts:JamesL.PinfoldIVECHRI200614(logs)TheATLASapproachistomeasu60RegionsofmostinterestforshowersPseudo-rapidityMultiplicityEnergydistributionFORWARDPHYSICSRegionsofmostinterestfors61ModelsdescribetheTevatronwell-butLHCmodelpredictionsreveallargediscrepanciesinextrapolation.Nodirectcorrelationbetweencentralandforwardproduction.(<100infixedtargetenergy)LHCForwardPhysics&CosmicRaysJamesL.PinfoldIVECHRI200613ET(LHC)E(LHC)ModelsdescribetheTevatronw62ARGO-II及羊八井超级复合阵列计划地理最佳

近Xmax:Ne大,涨落小,成分/模型依赖弱;可作长的过渡曲线。阵列最细

地毯式:AS粒子时空分布的完整信息+、Č信息E0测定准确近逐实例分辨原初成分#无偏选择

大统计量、高触发效率*、不人为选弃事例--------才可获取准确的流强和元素成分(分成分的能谱)

#*当E0>10TeV时,Ne>1000;>1000TeV时,Ne>106个电子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:63若将ARGO地毯发展为羊八井超级复合阵列若将ARGO地毯发展为641Cluster的RPC探测器

全部238个clusters,~10000m21Cluster的CBD

整个CBD共42clusters,~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,~432m2)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台计划中的羊八井超级复合阵列1Cluster的RPC探测器计划中的羊八井65ABCDEF10cm5cm15.3cm11.4cm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:5mmPb板,/e转换体D:10cmPb板,/e过滤体E:具x和Y数字读出的RPC,测子F:地板A型(厅内)子探测器结构图顶视图侧视图电缆空间YSCA厅内子探测器结构图(一个Cluster,四个Cluster

组成一个~170m2的子探测器)A10cm5cm15.3cm11.4cm一个RPC,2.8566ABC10cmPbor30cmFe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:自阳极丝Y读出:自感应条侧视图顶视图9.4m12mB型(野外)子探测器结构图YSCA野外子探测器结构图(一个Block,四个Block组成一个~430m2的子探测器)A10cmPbor30cmFe板4X9盒流光管(每67A

Resistive

PlateChamber

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RPCB:5mmPb板D:10cmPb板F:ARGO厅内地板ABCDEF厅内子探测器安装方案(一个Cluster)OutersideInnersideAResistivePlateChamber多层钢架68野外子探测器安装方案(一个Block)10cmPb板或30cmFe板作为/e过滤体2层流光管集装箱总面积110m2土1m1m棚布地平面野外子探测器安装方案(一个Block)10cmPb板或69MuonsversusChargedparticlesMissingEnergy!!!MuonsversusChargedparticles70在100TeV的三种AS中的

与子的密度比心距R密度比/在100TeV的三种AS中的

与子的密度比心距R密度71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UHE(50TeV—100PeV)-天文在YBJ简单的-cut就可实现清楚的-AS/P-AS分辨。既然都72在100TeV的三种AS中的、子密度比心距RLog(/)在100TeV的三种AS中的、子密度比心距RLog(73在100TeV的三种AS中的

电子、子密度比Log(e/)心距R在100TeV的三种AS中的

电子、子密度比Log(74MC第一印象:P/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:

200T75MainjobsofYSCA(50TeV-100PeV)AlltheresearchitemsplannedbyARGO-I,mainlySub-Tev—10TeV-rayastronomy;Moon-shadowandSun-shadow;UHE(50TeV-10PeV)-raysources

---searchforcosmicraysourcesinourGalaxyUHECRandKneePhysics(50TeV-100PeV)

DirectmeasureallparticlespectraandP-,Fe-spectra;deduceotherelementarygroup’senergyspectra.ApproachtheoriginoftheKn

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