【摘要】：1912年,Hess乘坐熱氣球,發(fā)現(xiàn)了宇宙線,由此拉開了關(guān)于宇宙線研究的序幕。而宇宙線的三個(gè)基本問題:起源、加速和傳播,至今仍然沒有明確的定論。位于西藏羊八井宇宙線觀測站的ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)和ASγ實(shí)驗(yàn),經(jīng)過長期的運(yùn)行,都積累了很大統(tǒng)計(jì)量的觀測數(shù)據(jù)。本文介紹了聯(lián)合ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)與ASγ實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對高能宇宙線大尺度各向異性的研究。綜合多家實(shí)驗(yàn)的觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn),宇宙線大尺度各向異性隨著能量的演化具有明顯的變化。在十幾個(gè)TeV能段,在赤經(jīng)50°-100°之間,各向異性有一個(gè)明顯的超出結(jié)構(gòu),在赤經(jīng)150°-250°之間,各向異性有一個(gè)明顯的缺失結(jié)構(gòu),Nagashima等人將這兩個(gè)各向異性結(jié)構(gòu)分別稱之為“Tail-in”結(jié)構(gòu)和“Loss-cone”結(jié)構(gòu)。當(dāng)能量升高到50TeV時(shí),“Tail-in”結(jié)構(gòu)逐漸消失不見。有研究推測,“Tail-in”的形成起源于銀河系,“Loss-cone”的形成起源于河外星系,因此“Tail-in”結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的能量相對較低,當(dāng)能量逐漸升高時(shí),“Tail-in”結(jié)構(gòu)消失。各家試驗(yàn)表明,能量在100TeV附近時(shí),各向異性結(jié)構(gòu)的分布會(huì)有一個(gè)明顯的變化,但具體為什么發(fā)生如此變化以及具體是如何變化的,還沒有一個(gè)明確的定論。ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)從2006年開始運(yùn)行,到2013年停止運(yùn)行,具有全天候、高海拔、寬視場和能閾低等優(yōu)點(diǎn),本工作選擇的是從2008年到2012年五年的完整數(shù)據(jù);ASγ實(shí)驗(yàn)從1990年建成至今,積累了大量的有效數(shù)據(jù),本工作選擇的數(shù)據(jù)是Tibet-III期陣列,從2000年到2010年十一年間的數(shù)據(jù),運(yùn)行時(shí)間長,積累的數(shù)據(jù)量也更多。本文介紹了聯(lián)合ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)和ASγ實(shí)驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)對宇宙線對各向異性的分析結(jié)果以及討論:第一章主要是對宇宙線大尺度各向異性的背景進(jìn)行介紹,包括最新的研究進(jìn)展。第二章主要介紹了ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)和ASγ實(shí)驗(yàn)的基本情況以及其探測原理和數(shù)據(jù)的模擬和篩選。第三章主要介紹了分析宇宙線各向異性的三種研究方法。第四章主要介紹了基于等天頂角的背景估計(jì)方法對ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及ASγ實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)高能部分進(jìn)行的分析。對能量在100TeV附近的事例進(jìn)行了細(xì)致的研究。之前的研究結(jié)果顯示,“Tail-in”結(jié)構(gòu)在50TeV時(shí)開始消失,在100TeV時(shí)各向異性的結(jié)構(gòu)發(fā)生了一個(gè)明顯的變化。而在100TeV附近,由于能量較高,事例數(shù)比較少,所以此項(xiàng)工作是分別選擇ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)和ASγ實(shí)驗(yàn)高能部分的事例進(jìn)行分析,這些事例的中值能量大約為100TeV,聯(lián)合兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以此來提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)量。在分析中可以看出,兩個(gè)實(shí)驗(yàn)在100TeV時(shí)的分布并不很一致。在將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的事例加起來,共同去觀察100TeV的各向異性分布時(shí),可以發(fā)現(xiàn),各向異性的分布與其他實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還是比較一致的,“Tail-in”結(jié)構(gòu)基本已經(jīng)消失,超出結(jié)構(gòu)與缺失結(jié)構(gòu)的位置已經(jīng)出現(xiàn)變化的趨勢,在右側(cè)的區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)了一個(gè)超出結(jié)構(gòu)。但是值得注意的一點(diǎn)是,在赤經(jīng)30°-100°,赤緯20°-80°的范圍內(nèi),有一塊并不明顯的缺失結(jié)構(gòu),這就說明在缺失結(jié)構(gòu)的位置發(fā)生變化的過程中,高緯度部分率先出現(xiàn)缺失結(jié)構(gòu)。最后第五章主要是對本工作的總結(jié),以及對宇宙線各向異性研究未來前景的預(yù)期,并且交代了后續(xù)的一些工作。
【學(xué)位授予單位】：河北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P159;P172.4
【圖文】：

圖 1.1 太陽系繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)究了高能部分的宇宙線大尺度各向異性的分布。低能部分宇晰明確，宇宙線高能部分的分布情況在之前的研究中雖然也，具體的分布情況還不明確。本文通過聯(lián)合 ARGO-YBJ 實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，來研究高能部分宇宙線大尺度各向異性的分布情況宙線觀測實(shí)驗(yàn)有建立在南極的 Ice-Cube 和 Ice-Top 實(shí)驗(yàn)，在北半球，有西驗(yàn)和中意合作的 ARGO-YBJ 實(shí)驗(yàn)，美國新墨西哥州的 MILA的 HAWC 實(shí)驗(yàn)等。由于探測手段和探測效率的不同，能量出的結(jié)果會(huì)有略微的差異。的 HAWC 實(shí)驗(yàn)，是高海拔的水切倫科夫伽馬射線探測陣列

大氣中的宇宙射線空氣簇產(chǎn)生的。這些大氣介子構(gòu)成了中微子分析的大背景，也提供利用冰立方作為大型宇宙射線探測器的機(jī)會(huì)。位于地面的大氣簇射陣列由 81 個(gè)地面組成，每個(gè)站有兩個(gè)不透光的水箱，托管兩個(gè) DOM。地面陣列的觸發(fā)率約為 30HZ，量的觸發(fā)閾值約為 400TeV。從 2009 年 5 月到 2015 年 5 月，Ice-Cube 中微子探測器集了 3180 億個(gè)事例，地表的探測器陣列收集了 1.7 億個(gè)高能事例。1.3 大尺度各向異性的研究進(jìn)展本文著重研究了在恒星時(shí)周期下大尺度各向異性的分布。所謂恒星時(shí)，就是地球相于恒星的自轉(zhuǎn)周期為基準(zhǔn)的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)，因此，在恒星時(shí)周期下，體現(xiàn)了宇宙線流在更大尺度宇宙空間的方向依賴性。在低能端（＜1013eV），北天區(qū)恒星時(shí)各向異性布呈現(xiàn)一個(gè)雙極結(jié)構(gòu)，如圖 1.2，這是 ASγ在 2006 年公布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[14]，中值能量為TeV，圖 1.2（a）是從 1997 年到 2001 年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖 1.2（b）是從 2001 年到 2005

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本文編號：2717174