宇宙线表面探测器中能量标度与μ子数的模型无关测定方法

表面探测器阵列旨在通过探测初级宇宙线引发的广延大气簇射（EAS）的次级粒子通量，来测量高能宇宙线的能谱和成分。电磁粒子和μ子构成了地面探测器信号的主要贡献。本文表明，EAS 的地面信号沉积可以用极少几个参数来描述：初级能量 $E$、天顶角 $\theta$、簇射极大值 $X_{max}$ 到地面的距离，以及μ子通量归一化 $N_{\mu}$。这组物理参数足以以约 10% 的精度预测地面平均粒子通量。我们证明，该方法对于强子大气簇射是有效的，使用了宇宙线物理中两种标准的强子相互作用模型 QGSJetII 和 Sibyll，且适用于从质子到铁的各种初级粒子。基于该模型，我们开发了一种校准地面阵列实验能量标度的新方法，该方法消除了迄今为止此类校准中固有的模型依赖性。此外，该方法还能测量 EAS 中的平均μ子数。随后可以结合荧光探测器对 $X_{max}$ 的测量，分析宇宙线大气簇射中 $N_{\mu}$ 的测量分布，从而对宇宙线成分和强子相互作用模型施加约束。