[論文レビュー] Skymap for atmospheric muons at TeV energies measured in deep-sea neutrino telescope ANTARES

S. Mangano|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、12本のラインのうち5本が稼働していた1年間のデータを用いて、TeVエネルギー帯のダウンゴーイング大気中ミューオンの最初のスカイマップを提示している。線形フィット再構成と露出補正付き右赤経正規化を用い、非均一なデータ収集による右赤経における非一様分布を特定し、これを補正することで、ポisson統計を用いて有意性を計算した宇宙線非一様性の兆候が明らかになった。

ABSTRACT

Recently different experiments mention to have observed a large scale cosmic-ray anisotropy at TeV energies, e.g. Milagro, Tibet and Super-Kamiokande. For these energies the cosmic-rays are expected to be nearly isotropic. Any measurements of cosmic-rays anisotropy could bring some information about propagation and origin of cosmic-rays. Though the primary aim of the ANTARES neutrino telescope is the detection of high energy cosmic neutrinos, the detector measures mainly down-doing muons, which are decay products of cosmic-rays collisions in the Earth's atmosphere. This proceeding describes an anlaysis method for the first year measurement of down-going atmospheric muons at TeV energies in the ANTARES experiment, when five out of the final number of twelve lines were taking data.

研究の動機と目的

• ANTARESニュートリノ望遠鏡のデータを用いて、TeVエネルギー帯の大気ミューオンフラックスにおける大規模非一様性を探索すること。
• 非均一なデータ収集およびバックグラウンドの揺らぎがミューオンの観測天球分布に与える影響を評価すること。
• 右赤経分布に露出補正付き正規化法を適用し、潜在的な宇宙線非一様性を分離すること。
• 検出器の高統計的ミューオン再構成能力および将来の非一様性感度を検証すること。

提案手法

• 2007年2月から2007年12月にかけて、12本のANTARES検出ラインのうち5本を用いて収集された1,070万件のミューオンイベントデータを分析した。
• チェレンコフ光子の到着時刻とフォトマルチプライヤーの位置に基づく線形フィットアルゴリズムを用いてミューオン軌跡を再構成し、少なくとも2本のラインおよび6階層以上で観測された軌跡のみを選択した。
• 軌跡再構成時刻を用いて、検出器の局所座標（天の極角および方位角）を赤道座標（右赤経および赤緯）に変換した。
• 時間依存のデータ収集効率とバックグラウンドの中断をモデル化することで、右赤経分布の露出非均一性を補正した。
• 各天球ビンにおけるイベント数の観測確率をポアソン統計で計算し、有意性を各ビンについて S = -log₁₀(P) で定義した。
• 分析は赤緯帯に焦点を当て、平均イベントレートから期待されるバックグラウンド ν_b を推定し、観測カウント n_obs と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ANTARESが観測するTeVエネルギー帯の大気ミューオンフラックスに、測定可能な大規模非一様性は存在するか？

主な発見

• ミューオンイベントの生の右赤経分布には、非均一なデータ収集およびバックグラウンド率の変動による非一様性が見られ、露出の変動が観測されたモードレーションと一致した。
• 露出補正後、右赤経分布は統計的期待値内に一様となったことから、非均一なデータ収集が、仮想的な非一様性の主な要因であると示された。
• 個々の天球ビンにおける潜在的宇宙線信号の有意性は、ポアソンベースの有意性 S = -log₁₀(P) で定量化され、P は観測カウントと期待カウントの差異から計算された。
• この分析により、検出器のミューオン再構成および露出モデリングが、将来的な宇宙線非一様性探索に十分に頼れる性能を有していることが示された。
• 開発された手法は、将来のANTARES全検出器構成データに適用可能であり、統計量の増加により非一様性感度が向上する。
• 結果から、露出効果を適切に補正すれば、ANTARESの大气ミューオンデータを用いてTeVエネルギー帯の一次宇宙線非一様性を調べられることを確認した。