[論文レビュー] Origin of leptons in near earth orbit

L. Derome, M. Buénerd+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 28, 2001

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、AMS実験によって地球の地磁気切断エネルギーよりも低いエネルギー帯で観測されたレプトン（特に陽電子と電子）の起源を説明し、そのフラックスが地磁気東西効果に起因することを示している。この研究では、従来の陽子の相互作用モデルをレプトンに拡張し、観測された切断エネルギーよりも低いレプトンフラックスが、大気中の宇宙線相互作用に起因することを示しており、近地球空間における予期しない陽電子対電子比の解消に寄与している。

ABSTRACT

Abstract: It is shown that the ratio of the e + over e − flux below the geomagnetic cutoff reported recently by the AMS experiment is due to the geomagnetic East-West effect. New measurements of particle fluxes close to earth have been performed recently by the AMS experiment, providing a body of highly accurate new data on particle populations in the close terrestrial environment, which open new prospects for high precision studies of the cosmic ray (CR)-atmosphere interactions and of the dynamics of particles in the magnetosphere. This is of particular importance in the current context for the atmospheric neutrino issue [1]. The proton distributions measured below the earth geomagnetic cutoff (GC) in the experiment [2] have been shown recently to originate mainly from the interaction of the (proton) cosmic ray (CR) flux with the atmosphere [3]. This work is referred to as I in the following. The present paper extends to leptons the work reported in I on protons, and addresses the interpretation of the unexpected flux of positrons and electrons measured by AMS below the cutoff (subGC), and of their ratio [4], in this framework. The observed lepton distributions showed a few remarkable features, the main two of which being: First, the kinetic energy spectra have a strong subGC component (figure 1), thus of

研究の動機と目的

• AMSが観測した地球の地磁気切断エネルギーよりも低い領域（subGC）における陽電子および電子の予想外に高いフラックスの起源を説明すること。
• 従来、陽子に適用されてきた大気相互作用モデルを、宇宙線-大気相互作用の文脈においてレプトンに拡張すること。
• subGC領域での測定された陽電子対電子フラックス比を、地磁気東西効果の結果として解釈すること。
• レプトンの運動エネルギースペクトルに顕著なsubGC成分が存在する現象を物理的に説明すること。

提案手法

• 近地球環境における粒子フラックス、特に地磁気切断エネルギーよりも低いレプトンに注目したAMS実験データの分析。
• 磁気圏における異方的フラックスを説明するため、地磁気東西効果モデルの適用。
• 大気相互作用モデルを用いて、レプトンの起源を大気中の宇宙線相互作用にたどり着けるようにする。
• 宇宙線の伝播および磁場効果に基づく理論的予測と観測されたレプトンスペクトルを比較する。
• subGC粒子集団を分離するために、地磁気切断条件を組み込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AMSが観測した地球の地磁気切断エネルギーよりも低い領域における陽電子および電子の増強フラックスの原因は何か？
• RQ2 地磁気東西効果は、近地球軌道におけるレプトンの分布にどのように影響を与えるか？
• RQ3 宇宙線-大気相互作用は、測定されたsubGCレプトンスペクトルのどの程度を説明できるか？
• RQ4 なぜsubGC領域における陽電子対電子フラックス比は予想よりも高いのか？

主な発見

• 観測されたsubGCレプトンフラックスは、奇抜な天体物理学的源ではなく、主に地磁気東西効果に起因する。
• レプトンの運動エネルギースペクトルには、地磁気切断エネルギーよりも低い成分が顕著に存在し、局所的生成メカニズムを示唆している。
• subGC領域における陽電子対電子フラックス比は、宇宙線の大気相互作用によって説明され、地磁気場の影響と整合的である。
• このモデルは、AMSが観測したレプトンのスペクトル的特徴をうまく再現しており、地球の磁気圏内での粒子伝播に関する理論的期待と一致している。