利用模拟宇宙线研究空气簇射观测量对质量的敏感性
高能物理 - 唯象学
2024-02-13 v2 高能天体物理现象
天体物理仪器与方法
摘要
利用 CORSIKA 模拟，我们研究了宇宙线空气簇射观测量在南极点与阿根廷 Malargüe（分别为 IceCube 中微子天文台与 Pierre Auger 天文台的所在地）站点的质量敏感性。借助空气簇射模拟中观测量的精确知识，采用 Fisher 线性判别分析研究了质子、氦、氧与铁初级宇宙线之间的逐事件质量分离。在 eV 能量范围与 至 天顶角范围内，研究了其对观测站点以及初级粒子能量与天顶角的依赖关系：这些依赖大多较弱且不改变定性结果。综合所有研究观测量的知识可实现有前景的质子-铁质量分离，即便计入典型重建不确定度亦如此。然而，即便拥有精确测量，中间质量核的逐事件分离仍具挑战性，需比 Fisher 判别更优的方法和/或引入额外观测量。作为单一观测量，高能缪子（GeV）提供最佳的逐事件质量判别，但任意能量缪子与 的组合已能在两站点间实现质子-铁初级粒子间的高逐事件分离。我们还确认空气簇射纵向剖面的不对称度与宽度参数 和 具有质量敏感性。仅 似乎适于逐事件质量分离，而 有望用于统计确定质子-氦比。总体而言，我们的结果激励下一代空气簇射实验对多个空气簇射观测量进行符合测量，至少包括 与缪子及电磁簇射分量大小。
引用
@article{arxiv.2306.13246,
title = {Studying the mass sensitivity of air-shower observables using simulated cosmic rays},
author = {Benjamin Flaggs and Alan Coleman and Frank G. Schröder},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.13246},
year = {2024}
}