[論文レビュー] Atmospheric muons and neutrinos

V. A. Naumov|arXiv (Cornell University)|May 31, 2002

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、CORTコードと最新の宇宙線およびハドロン衝突データを用いて、大気中のミューオンおよびニュートリノフラックスの更新された計算を提示する。1 TeV/c未満のエネルギー範囲で、予測されたミューオンフラックスと実験データの間の強い一致が示され、モデルの妥当性が裏付けられ、地下検出器の解析でこれまで想定されてきたよりも低い低エネルギー大気ニュートリノフラックスの予測を支持する。

ABSTRACT

This paper is a mini-review of the atmospheric muon and neutrino flux calculations based upon a recent version of CORT code and up-to-date data on primary cosmic rays and hadronic interactions. A comparison of calculations with a representative set of atmospheric muon data for momenta below 1 TeV/c is presented. The overall agreement between the calculated muon fluxes and the data provides an evidence in favor of the validity of adopted description of hadronic interactions and shower development. In particular, this supports the low-energy atmospheric neutrino fluxes predicted with CORT which are essentially lower than those used in current analyses of the sub-GeV and multi-GeV neutrino induced events in underground neutrino detectors.

研究の動機と目的

• 最新の宇宙線およびハドロン衝突データを用いて、大気ミューオンおよびニュートリノフラックス計算の精度を向上させること。
• 1 TeV/c未満の実験的ミューオンデータと比較して、CORTコードの予測の妥当性を検証すること。
• モデルがデータと整合することの意味が、低エネルギー大気ニュートリノフラックスに与える影響を評価すること。
• 地下検出器におけるsub-GeVおよびmulti-GeVニュートリノイベント解析に用いられるニュートリノフラックス推定値の信頼性の高い根拠を提供すること。

提案手法

• 主宇宙線スペクトルに基づいて、大気ミューオンおよびニュートリノフラックスをシミュレートするためのCORTコードの利用。
• 主宇宙線およびハドロン衝突断面積の最新測定値の統合。
• 大気中でのシャワー発展のシミュレーションに注力し、ミューオンおよびニュートリノ生成を対象とする。
• 1 TeV/c未満の運動量における代表的な実験データと、計算されたミューオンフラックスの比較。
• ミューオンデータとのモデルの一貫性を、予測されたニュートリノフラックスの間接的妥当性の根拠とする。
• 特に低エネルギー領域における、得られた大気ニュートリノフラックスを、現在の検出器解析で用いられているものと比較しての評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CORTコードによる大気ミューオンフラックスの予測は、1 TeV/c未満の実験データとどの程度一致するか？
• RQ2 計算されたミューオンフラックスと実験データの一致は、ハドロン衝突およびシャワー発展の記述の背後にある物理的記述の妥当性に何を示唆するか？
• RQ3 CORTモデルによる低エネルギー大気ニュートリノフラックスの予測は、現在のニュートリノ検出器解析で用いられているものと顕著に異なるか？
• RQ4 ミューオンデータによるモデルの妥当性評価は、低エネルギー大気ニュートリノフラックスの仮定値の低減を支持するか？
• RQ5 これらの更新されたフラックス予測が、地下検出器におけるsub-GeVおよびmulti-GeVニュートリノイベントの解釈に与える影響は何か？

主な発見

• 1 TeV/c未満の運動量範囲で、計算された大気ミューオンフラックスは実験データと良好な一致を示し、モデルの入力物理の信頼性を裏付けている。
• この一致は、大気中でのハドロン衝突およびシャワー発展の記述が妥当であるという強い証拠を示している。
• CORTコードは、sub-GeVおよびmulti-GeVニュートリノイベント解析で現在用いられているものよりも低い低エネルギー大気ニュートリノフラックスを予測している。
• 低減されたニュートリノフラックスの予測は、検証済みのミューオンフラックス計算および背後にあるハドロン衝突モデルに直接起因している。
• これらの結果は、現在のニュートリノ検出器解析が低エネルギー領域における大気ニュートリノバックグラウンドを過大評価している可能性を示唆している。
• 本研究は、今後の低エネルギーニュートリノイベント解析における仮定される大気ニュートリノフラックスの再評価を支持する。