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羊八井 AS γ实验与 100TeV 能区γ 和电子观测

羊八井 AS γ实验与 100TeV 能区γ 和电子观测. 张 毅 代表羊八井 Asγ 合作组. 中国科学院高能物理研究所. 中国物理学会高能物理分会 武汉 , 2014.4. 宇宙线百年研究：起源，加速与传播. 1912-, Hess 哪里产生？ 如何加速？ 能量窗口 精度改进 精细的结构  宇宙线起源 密切相连 “膝”， “第二膝”， “踝”， “ GZK cutoff” e + ,e - 能谱 Lhaaso. “ 膝”. 超出. “ 第二膝”. γ. 踝. GZK. 10-100TeV 宇宙线电子能谱的观测. 宇宙线电子.

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羊八井 AS γ实验与 100TeV 能区γ 和电子观测

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  1. 羊八井ASγ实验与100TeV能区γ和电子观测 张 毅 代表羊八井Asγ合作组 中国科学院高能物理研究所 中国物理学会高能物理分会 武汉, 2014.4

  2. 宇宙线百年研究：起源，加速与传播 • 1912-, Hess • 哪里产生？ • 如何加速？ • 能量窗口 • 精度改进 • 精细的结构 宇宙线起源 密切相连 “膝”， “第二膝”， “踝”， “GZK cutoff” e+,e- 能谱 Lhaaso “膝” 超出 “第二膝” γ 踝 GZK

  3. 10-100TeV宇宙线电子能谱的观测 宇宙线电子 • 新的观测窗口 • 邻近源 • 暗物质粒子 γ

  4. 中性粒子-追本朔源能谱-加速机制 “标准烛光”蟹状星云是一个典型的电子源 电子的同步辐射 ν 电子的 逆康普顿散射 γ+ γir->X • 标准的起源和加速理论：剧烈天体演化所产生的激波； • 正在加速的源以观测γ最为有效，迄今成百上千个γ源都是电子源，核子源没找到； • 古老源（>百万年）需要观测宇宙线自身（遗迹）； • 传播：各向异性等研究。

  5. 宇宙线强子起源的证据：100TeV能区伽玛射线的发射宇宙线强子起源的证据：100TeV能区伽玛射线的发射 TeV J2032+4130 (~3% Crab) TeV很强,低能弱,强子贡献会显著? π0衰变的γ (当最大质子 截断能量 是1000TeV, 即”膝”处。) IC 10-1000TeV Aharonian et al, A&A, 431, 197 (2005)

  6. Tibet ASγ Experiment Tibet China (90.522oE, 30.102oN) 4300 m a.s.l., since 1989 Number of Scinti. Det. 0.5 m2 x 789 Angular Resolution for gamma rays ~0.9 deg.@3 TeV ~0.5 deg.@10 TeV ~0.2 deg.@100 TeV Energy Resolution for gamma rays ~100%@3 TeV ~60%@10 TeV ~40% @100 TeV F.O.V. ~2 sr Effective Area for AS ~37,000 m2

  7. 寻找TeV能区的γ射线源全天区扫描工作 Declination R.A. • 新的分析方法 • 用全环带天区估计背景 Mrk421 Crab <<A Northern Sky Survey for Steady TeV Gamma-Ray Point Sources Using the Tibet Air Shower Array >>, M. Amenomori et al., ApJ 633, 1005 (2005) ，

  8. 利用ASγ实验观测到高能的2D宇宙线强度 《科学》314(2006)439-443 HEGRA J2032+4130

  9. 地面EAS实验对强子本底的区分

  10. LHAASO的微缩版当前10TeV以上能区国际最灵敏的γ/电子探测器（已经试运行中）LHAASO的微缩版当前10TeV以上能区国际最灵敏的γ/电子探测器（已经试运行中） 暗物质粒子间接探测 宇宙射线起源 中方设计，安装，维护和运行

  11. MD： Tyvek墙壁+3PMT->增加动态范围

  12. MD-A:大型Tyvek水袋+1PMT->增加单μ分辨+水质保持 7.2m 1.9m

  13. MD探测器试运行性能 MDA与07年原型探测器对比 MDA各个水池测到的单μ谱 • MD-A单Muon分辨率（FWHM）为34%好于Prototype • 单缪光电子数为07年原型探测器的17倍，约300多个光电子； • 运行以来，水质保持良好，单缪信号趋于稳定

  14. 8 8 8 SrFT:表面阵列探测到的粒子数和 原初能量 SNμ: 地下μ探测器探测到的muon数. 总的muon数 优化重建提高灵敏度 Tibet AS+MD实验模拟性能 Eg: 1.9 10 100 1000 TeV

  15. 对Crab的5σ或10事例数灵敏度 提高了一个量级以上

  16. ASγ实验表面阵列升级 • 继续提高100TeV能区的灵敏度对于发现性工作有重要意义； • 无需再增加地下μ子探测器，而只需扩大表面阵列； 扩展:72900M2 1）优化100TeV，花费少； 2）扩大面积达两倍； 灵敏度提高2倍

  17. 成功完成样机研制 PMT和BASE,套筒 闪烁体探测器样机

  18. 样机性能与模拟结果一致 • 单粒子峰 探测器性能 模拟与实验相符。 3.时间分辨 2.探测器均匀性

  19. 147 TeV γ-ray sources （2014.4） 82(35) sources(Gal.) YBJ FOV http://tevcat.uchicago.edu/

  20. TeV J2032+4130 and π0 decay model TeV J2032+4130

  21. 10TeV以上最高精度宇宙线电子谱测量及质量在10TeV以上的暗物质粒子寻找10TeV以上最高精度宇宙线电子谱测量及质量在10TeV以上的暗物质粒子寻找 由HESS地面实验等测量的 至5TeV的电子谱及其外推 类似ATIC情况的 50TeV的DM湮灭 Asγ实验改进之后测量电子谱的灵敏度

  22. 报告总结 • 作为Lhasso项目的缩微版，升级后的羊八井Asγ实验是现阶段在10-100TeV能区，最灵敏的γ射线和电子探测器 • 羊八井Asγ实验在40TeV能区达到0.1Crab的灵敏度，率先观测在100TeV附近能区的γ射线发射。 • 羊八井Asγ实验可以率先在10-100TeV能区研究宇宙线电子的能谱和各向异性。

  23. ASγ在100TeV能区的初步观测 (Zhaoyang Feng et al, ICRC2009) 上图：中日实验在100TeV能区看到有来自银道面 （黑点指示的位置上）的 高能伽玛射线发射的迹象 （红色意味做有发射）。 该观测如被证实，将成为该领域的重要发现，为回答银河系宇宙线的起源和加速问题作出重要贡献。 中日增建的底下MUON探测器将有助于澄清问题。 下图：EGRET观测的 100MeV能区的低能伽玛 射线的发射。

  24. 最高灵敏度：预计将发现一些银河系100TeV源，为回答起源问题做贡献最高灵敏度：预计将发现一些银河系100TeV源，为回答起源问题做贡献 How Many New Sources? Aharonian et al, ApJ, 636, 777 (2006) Induces are harder

  25. HESS J1837-069 Epmax= 1000TeV VERITAS Tibet AS+MD Large Zenith 3years HESS J1834-087 p0 decay VERITAS Epmax= 1000TeV Tibet AS+MD Large Zenith 3years HESS J1834-087 Counterpart G23.3-0.3, 1FGLJ1834.3-0842c Shell-type SNR Distance ~4.8 kpc Zenith at Tibet ~39° HESS J1837-069 Counterpartb G25.5+0.0? (SNR) Zenith at Tibet ~ 37°

  26. TeV gamma-ray sources in our field of view M87 LS I+61 303 p0 decay Epmax= 1000TeV Tibet AS+MD 3years, 5s Mrk 421 Mrk 501 MGRO J2019+37 Diffuse gamma Flux corresponding to 3.0 x 3.0 deg window Milagro Tibet AS+MD VERITAS Tibet AS+MD p0 decay Epmax=1000TeV 3 months 3 months Tibet AS+MD 3years, 5s 1year 1year

  27. 15 Sources With Flux > 0.2 Crab Unit HBL: High-frequency-peaked BL Lac object (a kind of AGN), FSRQ: Flat-spectrum radio quasar

  28. Crab -2.62 VERITAS Tibet AS+MD 3years, 5s 10000TeV Epmax =100TeV 1000TeV TeV J2032+4130 p0 decay TeV J2032+4130 Unidentified TeV source Located near Cyg X-3 in Cyg OB2 Extended source ~6.2′, π0 decay? Zenith at Tibet ~11°

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