大气荧光阵列第二膝的测量可行性研究以及样机的数据分析课件

大气荧光阵列（WFCA）对第二膝的测量可行性研究以及样机的数据分析

刘加丽曹臻LHAASO：WFCA实验组2010年4月19日中国科学院高能物理研究所粒子天体重点实验室中国物理学会高能物理分会第八届学术年会南昌大学前湖校区大气荧光阵列（WFCA）对第二膝的测量可行性研究以及样机的数1主要内容WFCA的物理目标概述WFCA阵列的模拟研究WFCA样机实验概况及物理目标样机实验的数据分析总结与讨论主要内容WFCA的物理目标概述2主要内容WFCA的物理目标概述WFCA阵列的模拟研究WFCA样机实验概况及物理目标样机实验的数据分析总结与讨论主要内容WFCA的物理目标概述3WFCA的物理目标概述宇宙线的能谱细致结构：膝，第二膝，踝，GZK截断WFCA的物理目标之一：能量范围：lgE16.6-18.0测量第二膝:确定其精确位置及细致结构。LHAASO:FDWFCA的物理目标概述宇宙线的能谱细致结构：膝，第二膝，踝，4WFCA的物理目标概述现有的实验对第二膝的成份测量结果较少。HiRes/MIA用大气簇射中µ的含量信息测量宇宙线成份，测量结果表明现有的模型不能产生足够多的µ，模型需要做修正。WFCA物理目标之二：用复合的方法测量第二膝的成份，并且为现有作用模型的修正提供实验测量依据。WFCA的物理目标概述现有的实验对第二膝的成份测量结果较少。5广延大气簇射（EAS）介绍hadroniccomponentelectromagneticcomponentmuoniccomponentCherenkov/fluorescencecomponentXmaxNmax广延大气簇射（EAS）介绍hadroniccomponen6主要内容WFCA的物理目标概述WFCA阵列的模拟研究WFCA样机实验概况及物理目标样机实验的数据分析总结与讨论主要内容WFCA的物理目标概述7WFCA探测器设置Tower:16(4x4rings)mirrors.

elevation:3o-59o(56o)

azimuth:58o-122o

(64o)West:4(2x2rings)mirrors.elevation:17o-45o(28o)

azimuth:-16o-16o(32o)East:4(2x2rings)mirrors.elevation:17o-45o(28o)

azimuth:164o-196o

(32o)W1-4E1-41-1610km4kmTrigger:FD1+FD2(orFD3)WFCA探测器设置Tower:16(4x4rings8WFCA探测的模拟事例WFCA探测的模拟事例9探测事例的选择（一）为了保证数据重建的质量，对数据做以下选择:1）去掉望远镜上所成的像在拐角处的事例。2)光电倍增管与事例主轴所成的夹角大于20o.3)径迹的长度大于10o.4)像的信号加权重心与镜子边缘的角距离大于3o.5)簇射极大Xmax的位置须位于望远镜视场内。事例的选择既保证了对成份测量参数Xmax的重建精度，又保证了对Xmax测量较小的探测偏差。探测事例的选择（一）为了保证数据重建的质量，对数据做以下选择10为保证能谱测量中能有较平的探测有效面积，对事例做了进一步的几何限制。

1)16.6<lgE<17.0Rp<5.5km

2)17.0<lgE<17.4Rp<7.0km

3)17.4<lgE<17.8Rp<8.0km

4)17.8<lgE<18.3Rp<8.0km事例数概况

energyNocutCut1Cut2lgE>16.61066726080748112lgE>17.0361121770314282lgE>18.0596218162Eventrate为保证能谱测量中能有较平的探测有效面积，对事例做了进一步的几11主要内容WFCA的物理目标概述WFCA阵列的模拟研究WFCA样机实验概况及物理目标样机实验的数据分析总结与讨论主要内容WFCA的物理目标概述12WFCA样机实验概况WFCA样机由7个子系统组成：机械系统3.0m×2.5m×2.3m的海运集装箱，镜子仰角由底部的液压杆控制（0o-60o）。光收集系统

5m2的反射镜，镀MgF2增透膜，反射效率高于82%。成像系统

256个视场为1ox1o的PMT排成16x16的阵列，总视场为14ox16o。电子学系统

50MHz的FADC记录PMT测量到的脉冲信号。事例触发和数据采集系统

三级触发：PMT触发，望远镜触发，事例触发。标定系统

LED标定:相对标定和绝对标定。慢控制系统望远镜的姿态控制，开关门，高低压供电，以及状态监测。本地操作和远程控制。WFCA@YBJHybridobservation:WFCA&ARGO50mWFCA样机实验概况WFCA样机由7个子系统组成：WFCA13WFCA样机实验概况运行状态：

2008年10月开始稳定运行，到现在收集到500,000立体数据，700,000单眼数据。数据处理

与ARGO-YBJ实验进行联合观测，事例GPS时间符合精度约为100ns。物理目标:--大于30TeV的宇宙线能谱和成份研究。--在空间实验与地面实验测量之间建立一个连接桥梁。ARGO-YBJ实验阵列以及探测器结构WFCA样机实验概况运行状态：ARGO-YBJ实验阵列以及14WFCA样机的观测事例WFCA样机的观测事例15ARGOTwoprototypesTelescopefieldofview实验测量参量的分布ARGOTwoprototypesTelescopefi16主要内容WFCA的物理目标概述WFCA阵列的模拟研究WFCA样机实验概况及物理目标样机实验的数据分析总结与讨论主要内容WFCA的物理目标概述17能量重建—查表方法Cherenkov光子产额正比于带电粒子的数目，在某一观测面一定芯距处测量到的光子总数与原初粒子能量有很强的关联。查表方法：通过模拟建立原初能量E，簇射离探测器的距离Rp和观测到的总光子数目Npe的关联表格，根据测量事例的Rp和Npe，即可得出原初能量。在能量大于30TeV时，ARGO-YBJ的几何重建精度为：芯位<2米，角度<0.4度。能量重建—查表方法Cherenkov光子产额正比于带电粒子的18能量重建精度&能谱初步结果能量重建精度&能谱初步结果19Cherenkov角分布.vs.XmaxCherenkov角分布.vs.Xmax20观测平面收集到的Cherenkov光子来源观测平面收集到的Cherenkov光子来源21Xmax重建—像角分布的拟合（1）找到信号最强的管子，其它的管子与最大信号管子之间形成一个夹角。相近角距离处的信号做平均。用指数函数拟合，得到表征角分布的参数—index。Xmax重建—像角分布的拟合（1）找到信号最强的管子，其它的22Xmax重建—像角分布的拟合（2）把像投影到垂直簇射探测器的平面上。找到信号最强的管子，其它的管子与最大信号管子之间形成一个夹角。相近角距离处的信号相加。用线性方程拟合，得到表征角分布的参数—slope。Xmax重建—像角分布的拟合（2）把像投影到垂直簇射探测器的23Xmax重建事例的选择Xmax与slope的关联Xmax重建事例的选择Xmax与slope的关联24Xmax重建初步结果

Xmax分辨率约为50g/cm2，两台探测器的重建差值小于20g/cm2。大气荧光实验Xmax分辨率约为30g/cm2。DICE实验Xmax分辨率约为70g/cm2。Xmax重建初步结果Xmax分辨率约为50g/cm2，两台25总结与讨论WFCA阵列对第二膝的能谱和成份测量是可行的。WFCA样机用广角Cherenkov技术测量10TeV以上的能谱和成份。初步研究结果表明，WFCA样机能量的分辨率小于25%。成份分析上，Xmax的分辨率小于50g/cm2。WFCA阵列模拟中，计划加入LHAASO地面阵列µ的信息，簇射几何重建实现复合测量，成份分析实现多参数测量。样机实验成份分析中加入ARGO测量的次级粒子横向分布信息，实验成份的多参数，多变量测量。总结与讨论WFCA阵列对第二膝的能谱和成份测量是可行的。26

谢谢！大气荧光阵列第二膝的测量可行性研究以及样机的数据分析课件27lgEnocutcut1cut217.09838.25449.84704.8HiResStereo17.17480.73714.62994.918.2519017.25704.12761.12092.618.3517217.34055.11940.11410.017.42866.71293.91091.817.52043.7912.0752.817.61416.2578.2456.317.7937.5376.6292.717.8654.3256.3196.417.9436.6168.4