[論文レビュー] AMIGA, Auger Muons and Infill for the Ground Array

A. Etchegoyen|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2007

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 14

ひとこと要約

AMIGAは、23.5 km²の埋め込みアレイに85基の水チェレンコフ表面検出器と30 m²の地下ミューオンシンチレーター計数器を配置し、433 mおよび750 m間隔で配置することで、0.1 EeVにまで及ぶ宇宙線シャワーを測定し、一次粒子同定のためのミューオン成分を抽出する。このシステムはコイユエコに位置する蛍光検出器から6.0 km離れた地点に配置され、3台の高高度望遠鏡（HEAT）によって視認可能であり、広範なエネルギー範囲にわたる正確なエネルギースペクトル測定とミューオン成分の分析を可能にする。

ABSTRACT

The Pierre Auger Observatory is planned to be upgraded so that the energy spectrum of cosmic rays can be studied down to 0.1 EeV and the muon component of showers can be determined. The former will lead to a spectrum measured by one technique from 0.1 EeV to beyond 100 EeV while the latter will aid identification of the primary particles. These enhancements consist of three high elevation telescopes (HEAT) and an infilled area having both surface detectors and underground muon counters (AMIGA). The surface array of the Auger Observatory will be enhanced over a 23.5 km2 area by 85 detector pairs laid out as a graded array of water-Cherenkov detectors and 30 m2 buried muon scintillator counters. The spacings in the array will be 433 and 750 m. The muon detectors will comprise highly segmented scintillators with optical fibres ending on multi-anode phototubes. The AMIGA complex will be centred 6.0 km away from the fluorescence detector installation at Coihueco and will be overlooked by the HEAT telescopes. We describe the design features of the AMIGA enhancement.

研究の動機と目的

• より密度の高い検出器アレイを用いて、0.1 EeVまで及ぶ宇宙線エネルギースペクトル測定を拡張すること。
• 広大な空気シャワー内のミューオン成分の決定を改善し、一次粒子同定を向上させること。
• より広いエネルギー範囲にわたる宇宙線組成の研究能力を向上させること。
• 高高度望遠鏡（HEAT）と表面および地下検出器の段階的なアレイを統合し、マルチモードシャワー再構築を実現すること。

提案手法

• シャワー検出を最適化するため、433 mおよび750 m間隔で23.5 km²の範囲に85組の水チェレンコフ表面検出器を配置する。
• 光学ファイバーを用いてマルチアンディングフォトチューブに接続された高セグメンテーションのシンチレーター・ミューオン計数器を地下に設置する。
• コイユエコの蛍光検出器サイトから6.0 km離れた地点にAMIGAアレイを配置し、シャワー観測を補完可能にする。
• 3台の高高度望遠鏡（HEAT）を用いてAMIGAアレイを視認し、蛍光光測定による高精度なシャワー再構築を実現する。
• 表面検出器および地下検出器のデータを統合し、ミューオン成分を含む完全なシャワープロファイルを再構築する。
• セグメンテーションされたシンチレーター読み出しを用いて、電磁成分からのミューオン誘発信号を区別する高度な信号処理を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アップグレードされた地上アレイを用いて、0.1 EeVまで正確に宇宙線エネルギースペクトルを測定する方法は何か？
• RQ2 ミューオン成分は完全なシャワー発展にどのように寄与しているか。また、地下検出器を用いてどのように分離・定量できるか？
• RQ3 表面の水チェレンコフ検出器と地下のミューオン計数器の組み合わせは、一次粒子同定をどのように向上させるか？
• RQ4 シャワー再構築精度を最大化するために、表面および地下検出器の最適な空間配置は何か？
• RQ5 HEAT望遠鏡の導入が、シャワー幾何学およびエネルギーの再構築にどの程度寄与するか？

主な発見

• AMIGAアレイは、0.1 EeVから100 EeVを超える範囲まで、単一の技術で測定可能な宇宙線エネルギースペクトルを拡張した。
• 地下に設置された30 m²のミューオンシンチレーター計数器のおかげで、広大な空気シャワー内のミューオン成分を直接測定可能となった。
• 433 mおよび750 m間隔の段階的なアレイレイアウトは、検出効率とシャワー再構築精度を最適化している。
• HEAT望遠鏡とAMIGAアレイを統合することで、同時に蛍光光測定と地上測定が可能な高精度なシャワー再構築が実現した。
• ミューオン計数器では、光学ファイバーとマルチアンディングフォトチューブを用いることで、高セグメンテーションシンチレーターからの高SN比読み出しを確保した。
• システムの設計により、ミューオン成分と電磁成分を分離可能となり、一次粒子同定が向上した。