[論文レビュー] Multiple Muon Measurements with MACRO

Jieun Hong|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 1994

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、グランサソのMACRO実験から得られた多数のミューオン測定結果を用いて、ミューオン束の多重度およびミューオン対の横方向および角度的分離分布を用いて、超高エネルギー宇宙線の組成を調査する。この研究は、透過ミューオンの多重度および空間相関を分析することにより、主宇宙線の組成に関する重要な制約を提供し、最も高エネルギーの宇宙線の性質に関する洞察をもたらす。

ABSTRACT

The MACRO experiment at Gran Sasso provides means for detailed studies of multiple coincident penetrating cosmic ray muons. In this paper we concentrate on the studies of the ultrahigh energy primary cosmic ray composition using muon bundle multiplicities, muon pair lateral and angular separation distributions.

研究の動機と目的

• MACRO実験が測定した多数の透過ミューオンを用いて、超高エネルギー宇宙線の組成を調査すること。
• ミューオン束の多重度を主宇宙線の組成を調べるためのプローブとして研究すること。
• ミューオン対の横方向および角度的分離分布を分析して、主宇宙線シャワーの性質を推定すること。
• 最も高エネルギーにおける宇宙線の起源およびエネルギースペクトルの理解を深めること。
• 詳細なミューオン多重度および相関データを用いて、宇宙線組成のモデルに対する実験的制約を提供すること。

提案手法

• グランサソに設置されたMACRO検出器を用いて、広範な空気シャワーから生じる複数の一致する透過ミューオンを記録すること。
• ミューオン束の多重度を測定して、主宇宙線の質量およびエネルギーを推定すること。
• ミューオン対の横方向および角度的分離分布を分析して、シャワーの発達状態および組成に関する情報を抽出すること。
• 高多重度ミューオンイベントを特定し、バックグラウンド汚染を低減するための選別基準を適用すること。
• 角度的および空間的相関関数を用いて、軽いと重い主宇宙線成分を区別すること。
• 観測された多重度および相関分布を、異なる主成分を仮定したモンテカルロシミュレーションと比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超高エネルギー宇宙線シャワーにおけるミューオン束の多重度分布はどのようなものか。また、主成分に応じてどのように変化するか。
• RQ2 ミューオン対の横方向および角度的分離は、主宇宙線の質量にどのように相関するか。
• RQ3 観測されたミューオン多重度および対の分離分布は、軽いと重い主成分の予測とどの程度ずれているか。
• RQ4 測定されたミューオン多重度および角度的広がりは、最も高エネルギーの宇宙線の組成を制約できるか。
• RQ5 ミューオン対の横方向および角度的分布は、主宇宙線のエネルギーおよび核種にどの程度感度を示すか。

主な発見

• 観測されたミューオン束の多重度分布は、超高エネルギー領域における主宇宙線の混合組成と整合的である。
• ミューオン対の横方向および角度的分離分布は、軽いと重い主成分の間で測定可能な差を示しており、組成の区別が可能であることを支持する。
• 一部のイベントで予想を上回る多重度が観測されたことから、主宇宙線フラックスに重い原子核が顕著に寄与している可能性がある。
• 軽い主成分の予想よりも、ミューオン対の角度的相関が狭く、高多重度シャワーの数が多いことを示唆している。
• 測定された多重度および対の分離分布は、純粋な水素または鉄主成分を仮定したシミュレーションよりも、混合組成を仮定したシミュレーションとより良く一致している。
• 本分析は、ミューオン多重度および角度的・横方向相関を用いることで、超高エネルギー領域における宇宙線組成を調べる強力な手法としての可能性を示している。