7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 1

Проект КосмоУНК для исследования космических лучей

сверхвысоких энергий

В.В.Аммосов1, Г.И.Бритвич1, А.П.Останков1, В.П.Павлюченко2, В.А.Рябов2, А.А.Семак1,

А.П.Чубенко2

1 ИФВЭ 2 ФИАН

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 2

Задумка

Предлагается создание установки и проведение экспериментов по исследованию космических лучей сверхвысоких энергий на базе существующего туннеля УНК в ИФВЭ :- Детектор в туннеле УНК - регистрация проникающей компоненты ШАЛ (µ, ?)- Наземный детектор – регистрация заряженной, электромагнитной и нейтронной компонент ШАЛ

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 3

20.8 км окружность 20(юг)-60(север) м под землей 5.1 м диаметр

Статус УНК

Туннель практически полностью готов (95%), остался север (вода)

Наземка – несколько площадок и зданий в южной части

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 4

Концепция установки

Установка : Наземный детектор + Подземный детектор в туннеле УНКРегистрация : зар., e/ , n + мюоны с Е > 10-30 ГэВВся уст-ка : S~70 км2, 7000 сц.сч. + S~ 105 м2, сц.сч. и ДК

ДК

400 см

270 см

510 см

СС

ch,em,n

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 5

Физика

В диапазоне энергий 21015 эВ - 1019 эВ - измерение ядерного состава космических лучей ;- поиск фотонной составляющей космических лучей;- детальное изучение состава ствола ШАЛ.

Статистика: J(>E0)= 104 (E0/1017)-2 {част/км2 год стер}

E0, эВ 51015 1016 1017 51017 1018 1019 1020

S = 1 км2 4106 106 104 400 100 Вся уст-ка - - - 3104 ~104 ~100 ~1

для условий – 1 год, 1 стер

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 6

Мюоны в УНК

-малые адронные и э.м. фоны- меньшее многократное рассеяние- относятся к более первым поколениям

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 7

Концепция установки

Измеряемые:

по подземной части- частичное поперечное распределение мюонов, включая интеграл N ;- времена прихода мюонов;- направления мюонов ;

по наземной части- поперечное распределение заряженной компоненты, включая интеграл Nе ;-времена прихода космических лучей;-электромагнитную и нейтронную

составляющие для ствола ливня .

R

Времена прихода и направления мюонов могут быть использованы для восстановления продольного развития ливня

Это возможная особенность эксперимента на УНК

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 8

Восстановление мюонов

Продольное распределение ливня

Реально:R< 200 м – большие ошибки, возможно измерение только <h> по углу и времениR> 200 м – время лучше, возможно восстановление продольного распределения , если хватает статистики

Т.е. восстановление работает лучше для больших энергий

t= 2 нсек

= 10

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 9

Возможности установки

Восстановление <hmu> 1017 эВ , R=100 м Слабая чувствительность к А

P-Fe = ~40 г/см2, а разброс ~150 г/см2

ошибка в точности восстановлении

<hmu> ~ 30 г/см2

p Fe

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 10

Возможности установки

Nmu для р,О,Fe в полосе 5 м на R= 150 м1017 эВ, Emu > 10 ГэВ Значимое различие в распределениях по множественности

<Nmu> v.s. R Полоса 5 м

1017 эВ, Emu > 10 ГэВ

Значимое различие при всех R

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 11

Возможности установки

Nmu v.s. Ne

1017 эВ, Emu > 10 ГэВВсе мюоныЕе > 10 МэВ

По Ne также есть разделение как и по Nmu

Fe

p

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 12

Возможности установки

Сильная Ne vs hmu корреляция

Уменьшает ширину Ne распределения/Ne

все c hmuP , % 50 -> 17Fe, % 20 -> 10

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 13

Возможности установки

Флуктуации Ne из-за поперечного sampling’a должны быть меньшепродольных.Для Fe /Ne < 10%

Для полного детектора и мин рег энергии

51017 эВ -> сетка ~ 100 м для 1м2 счетчиков

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 14

Базовый детектирующий элементНа основе1 м2 сцинтилляционный счетчик:- литьевой полистирольный

сцинтиллятор- Сбор света по спектросмещающим

волокнам- Световыход 35 фотоэлектронов при

толщине 10 мм с ФЭУ-115М- Однородность 5%- Временное разрешение ~ 1 нс- Вес 27 кг- Испытан на Тянь Шаньской станции

ФИАН- Серийное производство в ИФВЭ

Необходима оптимизация с цельюуменьшения счета до ~ космическогоСейчас ~ 10 раз больше

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 15

Дрейфовые камеры НД

-Существуют 360 дрейфовых камер =720м2от Нейтринного Детектора ИФВЭ-ОИЯИ-Размер камеры 400х51х12 см3 - чувств. объем 370х50х6 см3- дрейфовый промежуток 250 мм(Тмакс=5мкс)- 4 сигнальные проволочки стринг-точность координатная – 1мм, угловая-30мрад-эфф. восстановления стринга – 98% (угол<600)-Межстринговое разрешение – 4 мм-Газовая смесь - 94%Ar + 6%СО2

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 16

1-я очередь

На базе площадки № 1016(есть инфраструктура)104 м2 106 м2

Детектор 104 м2:-подземный- 360 ДК вплотную, 4х200=800 м2-наземный – 1м2 сц.сч. , всего 335 шт., шаг сетки 6м (~3% активной области)- физ. задача – поиск фотонных ливней в диапазоне 1014 – 1016 эВ. Статистика при 51014

эВ ~106 соб/год

наземный детектор80х120 м2

подземный детектор4х200 м2

1016

1099 кн

АБК

300 м

200 м

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 17

1-я очередь

Ожидается, что можно улучшить верхний предел для дифф. фотонов в области энергий 51014 – 1015 эВ .

CASA-MIA KASCADE GRAPES-3

Это предл.

х

х х

х

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 18

Измерение фонов

Счет 1м2 сц. счетчика, Гц

самозапуск совпадения

Поверхность 1000 100

Туннель(25м) 300 10

все

MIP

7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29-я РККЛ 19

ЗаключениеВозможна постановка эксперимента по прецизионному измерению КЛ с энергиями 21014 – 1019 эВ с привлечением мюонной компоненты на базе туннеля УНК: есть готовый туннель, инфраструктура, производство сц. счетчиков

1. Мюоны на УНК альтернатива флюоресценции для продольного восстановления ливня* Помогают для ядерного разделения*Позволяют уменьшить продольные флуктуации ливня*Приводят к необходимости улучшения поперечного разрешения

2. Разумна поэтапность создания установки – 1-я очередь 21014 – 1016 эВ

3. Приветствуются дополнительные методы регистрации КЛ в рамках установки

4. Необходима помощь как российских, так и зарубежных космиков