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1、2023/7/31,cuisw,1,羊八井ARGO实验探测Crab源灵敏度的估计,崔树旺高能物理研究所 天体物理开放实验室 羊八井组,2023/7/31,cuisw,2,引言：,对VHE点源的寻找、监测和研究是ARGO实验的主要物理目标之一宽视场全天候低能阈（几百GeV）-与目前的EAS阵列相比灵敏度？Crab“标准烛光”多波段长期观测积累了丰富的经验和资料辐射强度强且相对稳定处于羊八井天区较中间的位置，每天有大约5.9小时的观测时间（）羊八井ARGO实验的第一个探测目标！,与IACT实验相比,2023/7/31,cuisw,3,提要：,MC模拟数据的产生事例的选择角分辨能力的研究有效面积的计
2、算信号和本底的数目的计算三种统计方法计算显著性的结果总结与讨论,2023/7/31,cuisw,4,MC模拟数据的产生,原初事例的产生大气簇射软件包:CORSIKA强相互作用模型：QGSJET&GHEISHA电磁作用模型：EGS次级粒子的截止能量：P 50 MeV 50 MeV/e 1 MeV天顶角：0 60方位角：0 360,ARGO探测器模拟软件包：ARGO-G阵列大小:14 17 Clusters探测器之间的间隙：GAPX：10 cm GAPY：5 cm事例投点范围：200m 200mstrip的效率：96%电子学噪音：着火pad平均值10个,2023/7/31,cuisw,5,ARGO
3、阵列,形状：中心约7478m2全覆盖，外围有一圈的“保护圈”,2023/7/31,cuisw,6,重建事例的选择,事例重建软件包：MEDEA事例判选NPad 20天顶角 40内部事例,2023/7/31,cuisw,7,角分辨定义：地平坐标系中有（，）的方向，利用在方位角平面上投影 sin 构造两个独立的垂直分量,角分辨研究,2023/7/31,cuisw,8,x，y服从期待值为0，方差为2x，2y的高斯分布,定义角分辨为,以800GeV的原初光子的簇射为例,2023/7/31,cuisw,9,角分辨随Npads的变化趋势,按照Npads把重建事例分为8段,2023/7/31,cuisw,10
4、,计算公式：,来自Crab方向三种原初成分流强。本底仅考虑质子和氦两部分。CNO和其它成分贡献忽略不计。,对Crab方向簇射的有效面积,(Hillas et.al Whipple group),(T.K Gaisser et.al),2023/7/31,cuisw,11,向源窗口内光子数和本底数的估算,表示源窗口内包含信号的百分比；T是观测时间；为向源窗口立体角的大小，窗口半径为的立体角为：,推算出一年（365天5.9小时/天）的时间ARGO实验可以探测到来自Crab方向的事例数为：光子数 质子数-氦核数-,2023/7/31,cuisw,12,角窗口的优化,因子直接反映了向源窗口大小影响显著
5、性的变化情况。,角窗口的大小为1.12 时 值最大。根据角分辨的定义式可以得到，此时 约等于71.5%。,显著性公式：,2023/7/31,cuisw,13,阵列响应,三种原初成分在不同Npads区间分布比例,来自Crab方向的射线的原初能量与Npads的相关性。中间红实线给出所跨区间粒子的均值能量。,2023/7/31,cuisw,14,结果,ARGO实验一年的观测时间，不同Npads区间探测到来自Crab方向的光子个数和质子和氦的本底数。Em是相应区间的均值能量（GeV），是阵列相应区间的角分辨（）,2023/7/31,cuisw,15,以上结果是在比较理想的情况下得到，因为实验仅仅考虑到
6、实验仪器的探测效率，没有考虑穿过仪器的粒子数的涨落。考虑被测现象本身的随机性，到达探测器的粒子数服从泊松分布。考虑到实际数据处理工作中，等天顶角方法估计本底是找源常用的方法。,考虑现象本身的涨落和分析方法的统计性,on,off,off,off,off,off,off,off,off,off,off,在向源区左右两侧选择10个背源区，背源区的本底事例数也是服从泊松分布。,8个能量段,2023/7/31,cuisw,16,三种计算显著性的统计方法,a.)信号和本底分别等权相加：,b.)利用服从student分布的t值来计算显著性：,八源区显著性的平均值八十个背源区的显著性的平均值,相应的平均值方差
7、为,t值：,若仅考虑事例的超出情况，显著性为：,2023/7/31,cuisw,17,c.)以似然比为权重的加权统计方法计算显著性,考虑两种影响权重的因子：不同Npads区间（能量）信号高斯分布特点,不受71.5%信号优化窗口的限制，尽量把所有信号的贡献包括进来。,实际操作中我们考虑包含98%信号的角窗口，把向源窗口按照包含的信号的比例分成10份（9个10%+8%）,以信号与本底的似然比为权重：,2023/7/31,cuisw,18,信号加权求和为：,方差为：,显著性：,2000次MC实验，三种统计方法给出显著性的分布。可见加权方法能够给出比较优化的结果。,2023/7/31,cuisw,19
8、,总结与讨论,MC模拟研究表明，在现有技术条件下，羊八井ARGO实验运行一年的时间探测到来自Crab源方向的射线的超出可达18的显著水平。换句话说，若以5为标准，ARGO实验可以达到小于0.3Icrab的灵敏度我们没有考虑ARGO实验/p的鉴别能力，实现原初分辨一直是ARGO实验追求的目标，这一目标的实现对提高ARGO实验的灵敏度至关重要。利用现有的重建技术，阵列的角分辨能力还不够理想，尤其是着火pad低多重数的事例的重建精度还需要改善。这也是提高灵敏度的重要环节。,2023/7/31,cuisw,20,谢谢！,2023/7/31,cuisw,21,ARGO阵列电子学噪音引起探测器着火pad数的分布,
