广延空气簇射中的高能缪子

广延空气簇射内部产生的甚高能缪子在 $\nu$ 望远镜中可观测，并对初级宇宙线的成分敏感。本文讨论这些缪子的五种不同来源：π介子和K介子衰变；粲强子衰变；无味介子的稀有衰变；光子转化为缪子对；以及光子转化为衰变为缪子的 $J/\psi$ 矢量介子。我们求解了 $10^{10.5}$ GeV 质子初级粒子的级联方程，发现无味介子和伽马转换是 $E\ge 10^{8.5}$ GeV 缪子的两个主要来源，而粲衰变在 $10^{5.5}\,{\rm GeV}< E< 10^{8.5}\,{\rm GeV}$ 占主导。在倾斜事件中，这些缪子之一可能在其近地表处沉积大部分能量，意味着簇射纵向轮廓以及地面缪子与电子计数的涨落。特别地，我们表明在 $10^{10.5}$ GeV 的质子簇射中，每6个有1个在 500 g/cm$^2$ 内包含一次 $E>10^6$ GeV 的能量沉积，而仅有每330个簇射中有1个高于 $10^7$ GeV。我们还表明高能缪子的产生在质子、铁或光子簇射中非常不同（例如，转换 $\gamma\to \mu^+ \mu^-$ 是光子簇射中 $E\ge 10^4$ GeV 缪子的主要来源）。最后，我们使用蒙特卡洛模拟讨论了结果的有效性。