Тянь-Шаньская станция на 3340 м

29-я РККЛ, Москва, 200629-я РККЛ, Москва, 2006 ПКЛ ПКЛ NN 10 10

Колено в спектре ПКИ по Колено в спектре ПКИ по данным адронной данным адронной

компоненты стволов компоненты стволов ШАЛ на уровне гор.ШАЛ на уровне гор.

Л.Г.СвешниковаЛ.Г.Свешникова11*,*, А.П.Чубенко А.П.Чубенко22 , В.И.Галкин , В.И.Галкин11, Н.М.Нестерова, Н.М.Нестерова22, , Н.С.ПоповаН.С.Попова33, Т.М.Роганова, П.А.Чубенко, Т.М.Роганова, П.А.Чубенко33,,

1 Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ, Москва1 Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ, Москва2 Физический институт РАН, Москва2 Физический институт РАН, Москва3 Физический факультет МГУ, Москва3 Физический факультет МГУ, Москва

Тянь-Шаньская станцияТянь-Шаньская станция нана 3340 3340 мм

Данные по адронам на Тянь-Шане получены с Данные по адронам на Тянь-Шане получены с помощью большого ионизационного помощью большого ионизационного

калориметракалориметра

Sum Eh- суммарнаяэнергия адронов ливня, зарегистрированнаякалориметром на площади 36 м2

6m

2.6м

Спектр энерговыделений в калориметре, полученный Спектр энерговыделений в калориметре, полученный за 5785 часов работы калориметраза 5785 часов работы калориметра

С.И.Никольский, А.П.Чубенко. Энергетический спектр стволов ШАЛ космических лучей. Краткие сообщения по физике N 11-1987,

Москва. ФИАН. (1987).

101 102 10310-4

Область изменения заметно узкая

=2.48+-0.03 SumEh<100 TeV=2.9+-0.06 SumEh>100 TeV

I>S

um

E*

Sum

Eh1

.5,

m-2sec -1 T

ev1

.5

SumEh, TeV

100-150 TeV

Колено????

Сравнение со спектрами Сравнение со спектрами одиночных адронов.одиночных адронов.

100 101 102 10310-5

10-4

10-3

Энерговыделение в калориметре

одиночные адроны

Тянь-Шань Памир Фуджи

I>S

umE

* S

umE

h1.5 ,

m-2se

c -1 T

ev1.

5

SumEh, TeV

~10 раз

На какие вопросы мы хотели На какие вопросы мы хотели получить ответполучить ответ

Может ли CORSIKA+QGSJET описать адронную составляющую стволов ШАЛ.

При каких первичных спектрах можно описать наблюдаемый излом в спектре по SUM Eh.

CORSIKA

COSMIC RAY SIMULATION FOR KASCADE

A PROGRAM TO SIMULATE EXTENSIVE AIR SHOWERS IN ATMOSPHERE

QGSJET-01

NUMBER OF VERSION : 6.2020 DATE OF VERSION : APRIL 03, 2005

QGSJET-02 NUMBER OF VERSION : 6.5001 DATE OF VERSION : MARCH 06, 2006

Я приношу извенения за то, что нет обзора расчетов адронной компоненты , проводимых Тянь-Шаньской группой ранее.

Как проводились расчетыКак проводились расчеты

• Бросался спектр протонов и ядер гелия в интервале 1-106 TeV (разбивался на 5 интервалов).

• Для каждого события считалась полная энергия адронов SE, энерговыделение на площади калориметра SUM Eh, и спектр одиночных адронов Eh.

• Строились спектры по этим величинам• Складывались с весами• Вычислялась величина• <Keff1.7>= F(SumEH)/F(E0)

Расчетные спектры по полной энергии адронов (красные точки), по Расчетные спектры по полной энергии адронов (красные точки), по энерговыделению в калориметре (синие точки), и спектр энерговыделению в калориметре (синие точки), и спектр

одиночных адронов.одиночных адронов.

F(SumEh) =

F(E0)*<Kh1.7>

Kheff=

<Kh1.7>1./1.7

100 101 102 10310-4

10-3

10-2

8-10 разKeff1

.7

SumEh, TeV

QGSJET2 SumEh(<3.0m) =-2.64+-0.01 SumEh(tot) =-2.68+-0.0005 Ehmax =-3.06+-0.02

Сравнение Сравнение QGSJET1 QGSJET1 и и QGSJET2QGSJET2

100 101 102 103

10-4

10-3

10-2

10-1

QGSJET1 QGSJET2

Keff1

.7

SumEh, TeV

QGSJET2 при 1000 ТэВ

Keff ~0.04

Eknee~3750 TeV

QGSJET1

Keff ~ 0.026

Eknee~6000 TeV

Спектр адронов на один ливень Спектр адронов на один ливень c Nc Nee=4 x 10=4 x 1055

1 10

0,1

1

10

Nh(

>E

h)/л

ивен

ь

Eh, TeV

Ne~4x105

Experiment Protons QGSJET1 Protons-QGSJET2

Спектр адронов в одном ливнеАнализируется в работе Н.М.Нестеровой

Из этих данных следует, что QGSJET1 недоучитывает адроны высоких энергий.

Поэтому в дальнейшем анализе мы используем вариант CORSIKA+QGSJET2

Прямая задачаПрямая задача:: предполагая разные предполагая разные спектры ПКИ, получить распределения по спектры ПКИ, получить распределения по

Sum EhSum Eh

Как аппроксимировать протоны Как аппроксимировать протоны

Аппроксимация Хоерандела:Hoerandel J. Astropart. Phys. V. 19. P. 193. (2003)

Протоны

Gam P=-2.71

I

IIGam P=-2.63

Как аппроксимировать гелийКак аппроксимировать гелий??

g=-2.64

g=-2.58

Сравнение при чисто степенных первичных спектрах Сравнение при чисто степенных первичных спектрах без изломабез излома

100 101 102 103

1x10-5

1x10-4

10-3

Аппроксимация Хоерандела: gP=-2.71, gHe=-2.64

Одиночные адроны

Энерговыделение в калориметре

I>Su

mE*

Sum

Eh1.

5, m

-2se

c -1

Tev

1.5

SumEh, TeV

III

Сравнение при чисто степенных первичных спектрах Сравнение при чисто степенных первичных спектрах без изломабез излома

100 101 102 10310-5

10-4

10-3

Одиночные адроны

Энерговыделение в калориметре при спектре АТИК-2

I>Su

mE*

Sum

Eh1.

5, m

-2se

c -1

Tev

1.5

SumEh, TeV

III

Экстраполяция данных АТИК2

Аппроксимации ХоранделаАппроксимации Хорандела

I(E)= A I0E-A(1+(E/EкA) ) -/ +

вторая компонента + W*A I0E-A(1+(E/Eк2A)

) -/

ЕkA=Z*Ekp – излом по жесткости

105 106 107 108 109100

101

102

103

104

tot P He CNO Fe [4]

I

Io E

2.5 М

-2 С

-1

СР

-1

ГЭ

В1.

5

Первичный спектр всех Первичный спектр всех частицчастиц

103 104 105 106 107 108 109101

102

103

104

Approximation 1, Approximation 2,

He1

-Kaskade -Kaskade, He -Kaskade, Pr

Grigorov JACEE RUNJOB ATIC-2

Fe

CNO

He

P

Tibetgamma TibetGam1 EAStop CasaMIA BLANKA DICE TUNKA13 AKENO KASKAD MSU BASJE

F E

2.5 /

м2 с

ек с

тер

ГэВ-1

.5

E, GeV

100 101 102 10310-5

10-4

10-3

Аппроксимация Хоерандела: gP=-2.71, gHe=-2.64,Eknee =4500, dg=1.5

Область изменения заметно узкая

=2.48+-0.03 SumEh<100 TeV=2.9+-0.06 SumEh>100 TeV

I>S

umE

* S

umE

h1.5 , m

-2se

c -1 T

ev1.

5

SumEh, TeV

102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011

100

101

102

103

104

Approximation 2,

He1

-Kaskade -Kaskade, He -Kaskade, Pr

Grigorov JACEE RUNJOB ATIC-2

Fe

CNO

He

P

Tibetgamma TibetGam1 EAStop CasaMIA BLANKA DICE TUNKA13 AKENO KASKAD MSU BASJE

F E

2.5 /м

2 сек

сте

р Г

эВ-1.5

E, GeV

100 101 102 103

10-4

10-3

Что заложено в модели.

p~1.63, He~1.58В каждой компоненте dg=1.2излом резкий в=4Eknee~6000 TeV

Область изменения заметно узкая

Эксперимент=2.48+-0.03 SumEh<100 TeV=2.9+-0.06 SumEh>100 TeV

I>S

um

E*

Sum

Eh1

.5,

m-2sec -1 T

ev1

.5

SumEh, TeV

На какие вопросы мы хотели На какие вопросы мы хотели получить ответполучить ответ

• Может ли CORSIKA+QGSJET описать адронную составляющую стволов ШАЛ ?.

1. Corsika+QGSJET2 лучше описывает эксперимент, чем Corsika +QGSJET1

• При каких первичных спектрах можно описать наблюдаемый излом.

1. Интенсивность протонов перед коленом соответствует P~2.63 лучше, чем 2.7-2.8

2. Излом в каждой компоненте – резкий dg~1.2-1.53. Излом в протонной компоненте при 5-6 ПэВ.

Astro-ph/0410559

В последние годы появилась проблема, что модели предсказывают слишкомВ последние годы появилась проблема, что модели предсказывают слишкоммало мюонов, мало мюонов,

Ровно столько,Ровно столько,Сколько следует изСколько следует из экстраполяции экстраполяции ATICATIC

Но совершенно непонятно, почему не обрываются Но совершенно непонятно, почему не обрываются одиночные протоны.одиночные протоны.

100 101 102 10310-5

10-4

10-3

p~1.63, He~1.58В каждой компоненте dg=1.2Eknee~6000 TeV

Область изменения заметно узкая

Эксперимент=2.48+-0.03 SumEh<100 TeV=2.9+-0.06 SumEh>100 TeV

I>S

um

E*

Sum

E h1.5,

m-2sec -1 T

ev1

.5

SumEh, TeV

Экстраполяция Экстраполяция ATIC: yP=2.65, yHe=2.55, yA=2.65, Eknee=2500 Tev ATIC: yP=2.65, yHe=2.55, yA=2.65, Eknee=2500 Tev

104 105 106 107 108

102

103

104

KASKADE-05-qgsjetall , Pr , He ,

FeCNO

He

P

Fit of ATIc + 2th kneeP, He, CNO, Ne-S, Fe

Tibetgamma TibetGam1 EAStop CasaMIA BLANKA DICE TUNKA13 AKENO KASKAD MSU BASJE Jacee FRUNJall Grigorov Sokol

F E

2.5 /м

2 сек

сте

р Гэ

В-1

.5

E, GeV

105 106 107 108101

102

103

Atic 3 comp

ATIC+DVA new

I(Ne)

Ne

2.5 m

-2 s

-1 sr

-1

Ne