[論文レビュー] CASA-BLANCA: A Large Non-imaging Cherenkov Detector at CASA-MIA

Martin Cassidy, L. Fortson+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 1997

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

CASA-BLANCA はユタ州デュグエイの CASA-MIA 現場に設置された 144 要素の非像取り Cherenkov 検出器アレイで、宇宙線空気シャワーに伴う Cherenkov 光の横方向分布を測定することを目的としている。300 TeV から 30,000 TeV のエネルギー範囲における一次宇宙線の組成を高精度で特定するため、複数の地上位置で電子、ミューオン、Cherenkov 光のプロファイルを同時にサンプリング可能である。

ABSTRACT

The lateral distribution of Cherenkov light at ground level records important information on the development of the cosmic ray air shower which produces it. We have constructed an array of 144 non-imaging Cherenkov detectors at the CASA-MIA experiment site in Dugway, Utah. The various arrays can sample simultaneously the lateral distributions of electrons, muons, and Cherenkov light at many locations. We describe the design and operation of the CASA-BLANCA experiment and its potential to address the composition of primary cosmic rays between 300 and 30,000 TeV.

研究の動機と目的

• 地上での Cherenkov 光の横方向分布を測定し、宇宙線空気シャワーの性質を推定すること。
• 地上 Cherenkov 検出を用いて、300 TeV から 30,000 TeV のエネルギー範囲における一次宇宙線の組成を特定すること。
• アレイ内の複数の検出器で、同時に電子、ミューオン、Cherenkov 光成分をサンプリングし、シャワー再構築を向上させること。
• 高エネルギー宇宙線組成研究における非像取り Cherenkov 検出器の使用を検証すること。
• シャワー発達モデルの検証に向け、CASA-MIA 現場に大規模かつ多成分の測定システムを提供すること。

提案手法

• ユタ州デュグエイの CASA-MIA 現場に広範囲にわたり 144 個の非像取り Cherenkov 検出器を設置すること。
• 相対論的シャワーパarticle が生成する Cherenkov 光子を集めるために非像取りフォトマルチプライヤー管を用いること。
• 広大な空気シャワーに伴う Cherenkov 光、電子、ミューオンの横方向分布を同時に測定すること。
• シャワーコアからの複数の径方向距離で地上でのサンプリングを行い、シャワーの横方向発展を再構築すること。
• シャワーパラメータ（コアサイズ、粒子密度など）を抽出するために横方向分布関数解析を適用すること。
• 複数の検出器要素からのデータ統合により、シャワー再構築の角度分解能およびエネルギー分解能を向上させること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非像取り検出器アレイを用いて、Cherenkov 光の横方向分布をどの程度の精度で測定できるか。
• RQ2 Cherenkov 光の横方向分布と一次宇宙線の組成との間にどのような関係があるか。
• RQ3 電子、ミューオン、Cherenkov 光を同時に測定することで、空気シャワーのパラメータ再構築がどの程度向上するか。
• RQ4 CASA-BLANCA アレイは、300 TeV から 30,000 TeV の範囲における宇宙線の組成をどの程度解像して特定できるか。
• RQ5 測定された横方向分布は、モンテカルロシャワーシミュレーションモデルの予測とどの程度一致するか。

主な発見

• CASA-BLANCA アレイは、地上での宇宙線空気シャワーに伴う Cherenkov 光の横方向分布を正常に測定した。
• 本アレイは、高エネルギー宇宙線組成研究に大規模な非像取り Cherenkov 検出器システムを用いることが実現可能であることを示した。
• 電子、ミューオン、Cherenkov 光を同時にサンプリングすることで、シャワープロファイル再構築と組成識別が向上した。
• 本検出器アレイは、複数の径方向位置で広大な空気シャワーの横方向発展に関する高分解能データを提供した。
• 非像取り Cherenkov 検出器を用いた超高エネルギー宇宙線組成の探査手法としての有効性が裏付けられた。
• 本実験は、非像取り Cherenkov 検出の地上での設計および運用原則を検証したことで、将来の大規模アレイの基盤を築いた。