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1、羊八井宇宙线实验,解开UHE CR成分/模型纠缠的前景,谭有恒（中科院高能所）For 高能物理第七届学术会议September,2006,桂林,4300m a.s.l.,Hadronic Physics,Cosmic Ray Physics,加速器较低能(高能)中心区高流强已知的入射粒子和靶核探测器密集,宇宙线 甚高能,超高能朝前区低流强入射粒子未知探测器稀疏(羊八井地毯除外),在宇宙线能区的强作用,基于加速器能区下述参数的外推,构造唯象模型:QGSJET,SIBYLL,DPMJET,EPOS非弹性作用截面 p-p,p-air非弹性系数次粒子多重数次粒子的(赝)快度分布,能量依赖性,加速器能区
2、,UHE宇宙线能区,GAP,P-Air inelastic cross section,QGSJET-II QGSJET SIBYLL 2.1,QGSJET-II QGSJET SIBYLL 2.1,荷电粒子数快度分布的实验结果,Production spectrum(p-14N),Baryons,Mesons,然后又基于这些模型假定去测UHE作用参数或原初元素成分,陷入了“成分/模型纠缠”怪圈分别调整成分或模型参数均可拟合实验结果形成多义性UHE CR 研究的老大难,Longitudinal development of AS,R.Ulrich talk,CR composition at
3、the knee,Relative fractions of p,He and CNO are dependent on modelBUT break in p is 600 TeV and in He at 1200 TeV Very different from the Tibet result(100 TeV),Average mass,S.Ogio et al.Ap.J 612(2004)268,解开C/M纠缠的曙光 LHC Elab 1017eV:即将实现二能区的衔接,并扩大对朝前区粒子的观测范围 弄清UHE作用模型指日可待,使CR专注CR成分探索 羊八井地毯式阵列的建成及YSCA的
4、可能实现 高海拔-最佳观测高度:簇射最大,涨落最小,C/M依赖最小 地毯式-获取各单个簇射的粒子时空分布的整体和 细致图像可能,若配合以别的探测器,有检验UHE作用模型的能力及逐事例区分原初成分的可能 复合式-多品种、多参数同时测量,Knee(1015eV)I particle/(m2 year),Proton-(anti)Proton cross-sections important for measuring extensive air shower development(EAS),every primary particle produces an EAS,James L.Pinfol
5、d IVECHRI 2006 4,The ATLAS approach is to measure elastic scattering down to such small t-values that the cross section becomes sensitive to the EM amp.via the Coulomb interference term.LHC measurement of sTOT expected to be at the 1%level useful in the extrapolation up to HECR energies,The p-p tota
6、l cross-section,10%difference in measurements ofTevatron Expts:,James L.Pinfold IVECHRI 2006 14,(log s),Regions of most interest for showers,Pseudo-rapidity,Multiplicity,Energy distribution,FORWARD PHYSICS,Models describe the Tevatron well-but LHC model predictions reveal large discrepancies in extr
7、apolation.No direct correlation between central and forward production.(100 in fixed target energy),LHC Forward Physics&Cosmic Rays,James L.Pinfold IVECHRI 2006 13,ET(LHC),E(LHC),ARGO-II及羊八井超级复合阵列计划,地理最佳 近Xmax:Ne大,涨落小,成分/模型依赖弱;可作长的过渡曲线。阵列最细 地毯式:AS粒子时空分布的完整信息+、信息 E0测定准确 近逐实例分辨原初成分#无偏选择 大统计量、高触发效率*、不人
8、为选弃事例-才可获取准确的流强和元素成分(分成分的能谱)#*当E010TeV时，Ne1000；1000TeV时，Ne106个电子,挑战膝区物理区分成分、测准能谱YBJ具有无可争辩的优势,若将ARGO地毯发展为羊八井超级复合阵列,1 Cluster 的RPC探测器 全部 238个 clusters,10000m21 Cluster 的 CBD 整个 CBD 共42 clusters,1800m2室内子探测器中的一个cluster(一个子探测器含12个 RPC)室外子探测器中的一个Block,(每个含4个Block,432 m2)2m2 闪烁探测器,72台1m2,闪烁探测器,192 台测定AS 粒
9、子到达时间错落(脉冲形状)的精细闪烁探测器,29台,计划中的羊八井超级复合阵列,ABCDEF,10cm,5cm,15.3cm,11.4cm,一个RPC，2.85mX1.25m,A C 也是整个万平米“地毯”的一部分B:5mm Pb 板,/e 转换体D:10cm Pb板，/e 过滤体E:具x和Y数字读出的RPC,测子F:地板,A型(厅内)子探测器结构图,顶视图,侧视图,电缆空间,YSCA 厅内子探测器结构图(一个Cluster,四个Cluster 组成一个170m2的子探测器),ABC,10cm Pb or 30cm Fe 板第一层流光管粒子探测器第一层流光管粒子探测器,4X9盒流光管（每盒8丝
10、8间隔，3cm高 X25cmX12m），安装在4个40呎或8个20呎闲置的集装箱中X 读出:自阳极丝Y 读出:自感应条,侧视图顶视图,9.4m,12m,B型(野外)子探测器结构图,YSCA 野外子探测器结构图(一个Block,四个Block组成一个430m2的子探测器),A Resistive Plate Chamber,多层钢架(一 cluster用一个钢架,一处子探测器共用4个架子)A,C&E:一个 RPC B:5mm Pb 板D:10cm Pb 板 F:ARGO厅内地板,ABCDEF,厅内子探测器安装方案(一个Cluster),Outer side,Inner side,野外子探测器安装
11、方案(一个Block),10cm Pb 板或 30cm Fe 板作为/e过滤体,2 层流光管,集装箱总面积 110m2土,1m,1m,棚布,地平面,Muons versus Charged particles,Missing Energy!,在100TeV 的三种AS 中的与子的密度比,心距R,密度比,/,简单的-cut就可实现清楚的-AS/P-AS分辨。既然都相信能量1015eV以下的CR都源自河内，那么在YBJ找到UHE 源亦即UHE 宇宙线源的机会将会很高,UHE（50TeV100PeV）-天文在YBJ,在100TeV 的三种AS 中的、子密度比,心距R,Log(/),在100TeV 的
12、三种AS 中的电子、子密度比,Log(e/),心距R,MC第一印象:P/重核分辨一目了然MC模拟:200TeV的P(左)和Fe(右)引起的AS在地毯上的粒子数分布一例,Main jobs of YSCA(50TeV-100PeV),All the research items planned by ARGO-I,mainly Sub-Tev10TeV-ray astronomy;Moon-shadow and Sun-shadow;UHE(50TeV-10PeV)-ray sources-search for cosmic ray sources in our GalaxyUHE CR and
13、 Knee Physics(50TeV-100PeV)Direct measure all particle spectra and P-,Fe-spectra;deduce other elementary groups energy spectra.Approach the origin of the Knee,the mechanism of CR acceleration also as byproducts:some Rare/abnormal phenomena(exotic or strange events)Solar particle&“Space Weather”,解开成分
14、/模型纠缠,研究UHE作用,极端朝前区特性和UHE作用模型检验 E1近心事例；SCA测P-AS过度曲线，AS e/关系。大PT(E)地毯尽显AS多心结构（70年代Leeds25m2,Norikura54m2火花室地毯）新粒子新现象 hadron bundle,Centauro(无0),需E2测细部，SCA给母AS参数 迟到的长夀命重粒子 需专测AS粒子盘时间结构的设备 UHE Strangelet(小SQM):特多心、多？结构不像通常AS？不需新增设备 只要特殊就注意,ARGO-II及羊八井超级复合阵列计划,Tibet III+MUON,8,640 m2,让我们期待,基于ARGO地毯的羊八井超
15、级复合阵列（YSCA）Sub-TeV-VHE-源,暴，UHE-源（CR源）,UHE-CR,膝区物理,极端朝前区物理及稀有或反常现象 太阳粒子事件,空间天气监测Tibet-III+Muon UHE-源，亦即CR源-可能成为YBJ最显眼的贡献！,谢谢！,40%More muons,Charged particle Distributions,Pseudorapidity h related to longitudinal velocityNeglecting particle massRapidity plateau dN/d constant for|2Boost invarianceRadial expansiondN/d scales with NpartIndependent of incident nucleiTotal charged multiplicity in central AuAu collisions is 4200+/-470,h,dNch/dh,dN/d 200 GeV,Au+Au35-40%,Npart=99,Cu+CuPreliminary3-6%,Npart=100,PHOBOS,S.Klein,900GeV,
