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利用 ARGO 数据中的多芯事例研究强子相互作用
马欣华 代表 ARGO - YBJ 实验
中国科学院高能物理研究所2010 年 4 月 18 日
高能物理学会第八届全国会员代表大会暨学术年会(南昌)
强子 - 强子相互作用与宇宙线多芯事例
• 强子参与所有的四种相互作用,其中强相互作用的基本理论目前是 QCD ;
• 对传递动量小的软强子作用 , 联系于朝前区(碎裂区)次级粒子 , 微扰论 (pQCD) 不适用 , 尚不能求解对软强子作用的描写 , 只有依靠在一定理论图象下建立的唯象模型;
• 对传递动量大的硬强子作用 , 联系于中心区粒子,目前认为 QCD 存在‘渐近自由’ , 粒子间的色耦合弱 , 可用微扰论 (pQCD) 求解。
• 宇宙线多芯事例:宇宙线原子核与大气原子核相互作用产生级联簇射,其中带有大横动量 pT 的次级 pion 产生 jets ,从而得到簇射主芯之外的次芯。
高山乳胶室实验
Panir Coll., Mt. Fuji Coll. and Chacaltaya Coll., Nucl. Phys. B191(1981)1-25
多家高山乳胶室实验 (mountain emulsion chamber, MEC) 观测到多芯事例的精细结构,但是受乳胶室大小的限制,只局限于芯距 ~40cm 内的多芯事例。
Chacaltaya event
Z. Cao et al., Phys. Rev. D,v56 1997,7361-7375
122112 rEE
(abnormal nuclear enhancement)
χ12 >1000TeVcm 的事例不能被现阶段的强子作用模型所解释,而大 χ 事例的观测受到乳胶室大小的限制,统计量也很低。
高山乳胶室实验
H. Munakata et al., J.Phys. G: Nucl. Phys. 6(1980) 1575-1589
spark chambers
burst detectors
密排阵列实验: Mt. Norikura (738gcm-2)
物理动机:小结• 宇宙线多芯事例是研究强子相互作用的很好的
样本;• 高山乳胶室实验:大 χ 多芯事例的观测受探测
器大小的限制;已有的其他类型实验受阵列或探测器的规模限制,对于大 χ 事例未能到足够的观测统计,结果仅限于常规观测;
• ARGO-YBJ : 6000m2 地毯式 RPC 阵列为大 χ多芯事例的研究提供了良机。
EMC
一个真实的多芯事例 zen. 34.6°, azim. 133°, lg(χ)=3.3; E0~500TeV(p) or 2000TeV(Fe)
strip→direction
BigPad→density
core position→
ρmax
density
(particle/m2)
1221 r ρ(particle/m2), r(m)
多芯事例的定义
r(m)
ρ(m-2)
)(lg)(lg rrf FitMeas
21)( prpr
lateral distribution: NKG function5.42
2)1()()()( s
M
s
MM
e
r
r
r
r
r
NsCr
5.3σ(with trial number)
实验数据分析的初步结果• 数据取自 2007 年 2 月至 5 月;• 较高初能事例 : hit strips >
5000, and max. ADC count > 10 →1.0 ×107 events ,
• 多芯事例选择 : – significance > 5σ– r12 ~ 3.5 -10 m.– good linearly dynamic range:
• The main EAS core > 100 particles /m2 and the second core > 50 particles/m2 above ρFit(r).
• No BigPad is saturated.
• 多芯事例 270events, ~2events/day
270 events
Monte Carlo 模拟• Corsika• QGSJETII: 一个作为理论切入点的很好的
模型 (QCD inspired model, Pomerons for soft hadronic reactions, minijets for half hard parton scattering, etc.)
• 初能 E0~ 1014-1016eV• 成分 : H,He,CNO,MgAlSi,Fe• 天顶角 : 0°- 45°• 方位角 : 0°- 360°• 观测位置 : 4300 m a.s.l. (YBJ)• 只模拟了 ARGO 阵列的几何设置
初步的模拟结果• 1014-1016eV : 6×105events, ~22days,
21 multi-core events• 30TeV~100TeV, H, He, ~15% , 3
multi-core events→3/15%=20• (21+20)/22=2events/day,与数据一致;
• 在低能区(低 χ区)模拟与数据基本一致; 在高能区(高 χ区)需要更多的实验数据和模拟数据以检验强自相互作用理论模型。
data
1221 r
M.C.