[论文解读] Multiple Muon Measurements with MACRO

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

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 3

一句话总结

本文基于格兰萨索的MACRO实验，利用μ子簇簇多重性和μ子对的横向及角度分离分布，对超高能宇宙射线的成分进行了多μ子测量，以研究其组成。该研究通过分析穿透性μ子的多重性和空间相关性，为原初宇宙射线成分提供了关键约束，有助于理解最高能量宇宙射线的本质。

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.

研究动机与目标

• 利用MACRO实验探测到的多个穿透性μ子，研究超高能宇宙射线的成分。
• 将μ子簇多重性作为探测原初宇宙射线成分的探针。
• 分析μ子对的横向和角度分离分布，以推断原初宇宙射线簇射的性质。
• 增进对最高能量宇宙射线起源和能谱的理解。
• 利用详细的μ子多重性和相关性数据，为宇宙射线成分模型提供实验约束。

提出的方法

• 利用格兰萨索的MACRO探测器记录来自广延空气簇射的多个同时穿透性μ子。
• 通过测量μ子簇多重性，推断原初宇宙射线的质量和能量。
• 分析μ子对的横向和角度分离分布，以提取簇射发展和成分的信息。
• 应用选择标准以隔离高多重性μ子事件并减少背景污染。
• 使用角度和空间相关函数，区分轻与重原初宇宙射线成分。
• 将观测到的多重性和相关性分布与不同原初成分的蒙特卡罗模拟结果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 超高能宇宙射线簇射中μ子簇的多重性分布如何？其随原初成分如何变化？
• RQ2 μ子对的横向和角度分离如何随原初宇宙射线质量变化？
• RQ3 观测到的μ子多重性和配对分离分布与轻核与重核原初成分的预测相比，偏离程度如何？
• RQ4 测量得到的μ子多重性和角度扩展能否约束最高能量宇宙射线的成分？
• RQ5 μ子对的横向和角度分布对原初宇宙射线能量和核素种类的敏感度如何？

主要发现

• 观测到的μ子簇多重性分布与超高能下原初宇宙射线的混合成分一致。
• μ子对的横向和角度分离分布显示出轻与重原初成分之间的可测量差异，支持成分区分。
• 数据表明某些事件中的多重性高于预期，暗示原初宇宙射线通量中重核有显著贡献。
• μ子对之间的角度相关性比轻核原初成分的预期更窄，表明高多重性簇射数量较多。
• 测量得到的多重性和配对分离分布与混合成分假设的模拟结果更吻合，而非纯质子或铁原初成分。
• 该分析证明了利用μ子多重性和角度-横向相关性作为探测超高能宇宙射线成分的有力工具的可行性。