· 4 РЕФЕРАТ Отчет 51 с., 20 рисунков, 105 источников. АСТРОФИЗИКА ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ...
Проект КосмоУНК для исследования космических лучей...
description
Transcript of Проект КосмоУНК для исследования космических лучей...
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 1
Проект КосмоУНК для исследования космических лучей
сверхвысоких энергий
В.В.Аммосов1, Г.И.Бритвич1, А.П.Останков1, В.П.Павлюченко2, В.А.Рябов2, А.А.Семак1,
А.П.Чубенко2
1 ИФВЭ 2 ФИАН
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 2
Задумка
Предлагается создание установки и проведение экспериментов по исследованию космических лучей сверхвысоких энергий на базе существующего туннеля УНК в ИФВЭ :- Детектор в туннеле УНК - регистрация проникающей компоненты ШАЛ (µ, ?)- Наземный детектор – регистрация заряженной, электромагнитной и нейтронной компонент ШАЛ
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 3
20.8 км окружность 20(юг)-60(север) м под землей 5.1 м диаметр
Статус УНК
Туннель практически полностью готов (95%), остался север (вода)
Наземка – несколько площадок и зданий в южной части
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 4
Концепция установки
Установка : Наземный детектор + Подземный детектор в туннеле УНКРегистрация : зар., e/ , n + мюоны с Е > 10-30 ГэВВся уст-ка : S~70 км2, 7000 сц.сч. + S~ 105 м2, сц.сч. и ДК
ДК
400 см
270 см
510 см
СС
ch,em,n
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 5
Физика
В диапазоне энергий 21015 эВ - 1019 эВ - измерение ядерного состава космических лучей ;- поиск фотонной составляющей космических лучей;- детальное изучение состава ствола ШАЛ.
Статистика: J(>E0)= 104 (E0/1017)-2 {част/км2 год стер}
E0, эВ 51015 1016 1017 51017 1018 1019 1020
S = 1 км2 4106 106 104 400 100 Вся уст-ка - - - 3104 ~104 ~100 ~1
для условий – 1 год, 1 стер
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 6
Мюоны в УНК
-малые адронные и э.м. фоны- меньшее многократное рассеяние- относятся к более первым поколениям
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 7
Концепция установки
Измеряемые:
по подземной части- частичное поперечное распределение мюонов, включая интеграл N ;- времена прихода мюонов;- направления мюонов ;
по наземной части- поперечное распределение заряженной компоненты, включая интеграл Nе ;-времена прихода космических лучей;-электромагнитную и нейтронную
составляющие для ствола ливня .
R
Времена прихода и направления мюонов могут быть использованы для восстановления продольного развития ливня
Это возможная особенность эксперимента на УНК
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 8
Восстановление мюонов
Продольное распределение ливня
Реально:R< 200 м – большие ошибки, возможно измерение только <h> по углу и времениR> 200 м – время лучше, возможно восстановление продольного распределения , если хватает статистики
Т.е. восстановление работает лучше для больших энергий
t= 2 нсек
= 10
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 9
Возможности установки
Восстановление <hmu> 1017 эВ , R=100 м Слабая чувствительность к А
P-Fe = ~40 г/см2, а разброс ~150 г/см2
ошибка в точности восстановлении
<hmu> ~ 30 г/см2
p Fe
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 10
Возможности установки
Nmu для р,О,Fe в полосе 5 м на R= 150 м1017 эВ, Emu > 10 ГэВ Значимое различие в распределениях по множественности
<Nmu> v.s. R Полоса 5 м
1017 эВ, Emu > 10 ГэВ
Значимое различие при всех R
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 11
Возможности установки
Nmu v.s. Ne
1017 эВ, Emu > 10 ГэВВсе мюоныЕе > 10 МэВ
По Ne также есть разделение как и по Nmu
Fe
p
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 12
Возможности установки
Сильная Ne vs hmu корреляция
Уменьшает ширину Ne распределения/Ne
все c hmuP , % 50 -> 17Fe, % 20 -> 10
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 13
Возможности установки
Флуктуации Ne из-за поперечного sampling’a должны быть меньшепродольных.Для Fe /Ne < 10%
Для полного детектора и мин рег энергии
51017 эВ -> сетка ~ 100 м для 1м2 счетчиков
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 14
Базовый детектирующий элементНа основе1 м2 сцинтилляционный счетчик:- литьевой полистирольный
сцинтиллятор- Сбор света по спектросмещающим
волокнам- Световыход 35 фотоэлектронов при
толщине 10 мм с ФЭУ-115М- Однородность 5%- Временное разрешение ~ 1 нс- Вес 27 кг- Испытан на Тянь Шаньской станции
ФИАН- Серийное производство в ИФВЭ
Необходима оптимизация с цельюуменьшения счета до ~ космическогоСейчас ~ 10 раз больше
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 15
Дрейфовые камеры НД
-Существуют 360 дрейфовых камер =720м2от Нейтринного Детектора ИФВЭ-ОИЯИ-Размер камеры 400х51х12 см3 - чувств. объем 370х50х6 см3- дрейфовый промежуток 250 мм(Тмакс=5мкс)- 4 сигнальные проволочки стринг-точность координатная – 1мм, угловая-30мрад-эфф. восстановления стринга – 98% (угол<600)-Межстринговое разрешение – 4 мм-Газовая смесь - 94%Ar + 6%СО2
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 16
1-я очередь
На базе площадки № 1016(есть инфраструктура)104 м2 106 м2
Детектор 104 м2:-подземный- 360 ДК вплотную, 4х200=800 м2-наземный – 1м2 сц.сч. , всего 335 шт., шаг сетки 6м (~3% активной области)- физ. задача – поиск фотонных ливней в диапазоне 1014 – 1016 эВ. Статистика при 51014
эВ ~106 соб/год
наземный детектор80х120 м2
подземный детектор4х200 м2
1016
1099 кн
АБК
300 м
200 м
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 17
1-я очередь
Ожидается, что можно улучшить верхний предел для дифф. фотонов в области энергий 51014 – 1015 эВ .
CASA-MIA KASCADE GRAPES-3
Это предл.
х
х х
х
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 18
Измерение фонов
Счет 1м2 сц. счетчика, Гц
самозапуск совпадения
Поверхность 1000 100
Туннель(25м) 300 10
все
MIP
7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 19
ЗаключениеВозможна постановка эксперимента по прецизионному измерению КЛ с энергиями 21014 – 1019 эВ с привлечением мюонной компоненты на базе туннеля УНК: есть готовый туннель, инфраструктура, производство сц. счетчиков
1. Мюоны на УНК альтернатива флюоресценции для продольного восстановления ливня* Помогают для ядерного разделения*Позволяют уменьшить продольные флуктуации ливня*Приводят к необходимости улучшения поперечного разрешения
2. Разумна поэтапность создания установки – 1-я очередь 21014 – 1016 эВ
3. Приветствуются дополнительные методы регистрации КЛ в рамках установки
4. Необходима помощь как российских, так и зарубежных космиков