中国物理学会高能物理分会第九届全国代表大会，华中师范大学，武汉，2014 基于大亚湾中微子实验 的原初宇宙线研究 于泽源 高能物理研究所 2014-04-21 中国物理学会高能物理分会第九届全国代表大会，华中师范大学，武汉，2014
从中微子出发 中微子振荡的分析给出了sin22θ13和ΔM2ee的测量结果 开始探索中微子以外的可能物理课题
到宇宙线研究（1） 大亚湾实验三个实验厅，具有不同 的山体覆盖厚度 每个实验厅均有RPC探测器阵列 阵列由2m*2m的RPC模块组成，每个 模块有四层RPC，通过25cm宽的XY 读出条读出信号 RPC探测器阵列可以测量一个大气 簇射中的muon数目 理论最高测量数目可达~3000 最终可以测量不同山体覆盖厚度时 的muon多重度，进而限制原初宇宙 线的成分 实验厅 山体覆盖厚度 RPC面积 一号 280 m.w.e. 12m*18m 二号 300 m.w.e. 三号 880 m.w.e. 18m*18m
到宇宙线研究（2） 长距离关联宇宙线的寻找 两个实验厅（间隔1km到 1.5km），同时观测到两个大气 簇射 此类事例起因尚未有明确解释 A primary particle Two secondary particles 长距离关联宇宙线的寻找 两个实验厅（间隔1km到 1.5km），同时观测到两个大气 簇射 此类事例起因尚未有明确解释 过去实验仅观测到几个事例 Two air showers 实验厅 一号 二号 三号 0m 989m 1576m 1077m 1号实验厅 3号实验厅
地下muon多重度的测量 过去若干实验均进行了地下muon多重 度的测量，相比于地面实验 L3+C实验不同muon多重度对应的原初宇宙线能量 过去若干实验均进行了地下muon多重 度的测量，相比于地面实验 大气簇射中的电磁成分完全被岩石吸收 所测得的muon具有一定能量阈值 LEP：CosmoALEPH，L3+C，DELPHI Gran Sasso：Marco LHC：ALICE 等 L3+C的模拟显示，地下30m时，大于 15的muon多重度即对应原初宇宙线能 量超过1PeV 实验灵敏能区100TeV到10PeV（膝区） 模拟中，基于不同配置（簇射中不同的 强相互作用模型，不同的宇宙线成分） 产生模拟数据，通过数据和模拟的比较 确定哪种配置最为合理
地下muon多重度的测量 过去实验的结果并不一致 CosmoALEPH实验： L3+C实验： 在高多重度时，数据相对于全Fe核的模拟仍有 超出 说明强相互作用模型需要修改，或宇宙线中存 在未知粒子 DELPHI、ALICE、EMMA等实验均观测到该 超出 L3+C实验： 更大统计量下未观测到此超出 数据支持膝后区，宇宙线成分变重的假设 该研究方向在100m左右深度需要其他实验 提供校验，需要在不同深度的测量结果 在大亚湾实验开展该测量的目标 CosmoALEPH L3+C
地下muon多重度的测量 大亚湾实验开展该测量的优势 天然的 实验配置的 劣势 EH1 EH2 EH3 RPC探测器使用XY二维读出，一个 2m*2m的模块理论上最大可以测量 64个muon 劣势 多重度大时，无法重建muon径迹 RPC硬件噪声的干扰 EH1 EH2 EH3
地下muon多重度的测量 初步测量结果 进一步的工作 RPC一个模块作为一个muon，不对模块内 XY读出做进一步挑选 精细的数据分析工作，本底扣除 模拟数据相关的研究： 大亚湾实验对宇宙线成分研究的的灵敏度分析 数据和模拟的对比 EH1 EH2 EH3
地下长距离关联宇宙线的寻找 LEP LAAS LEP上CosmoALEPH和L3+C的联合 寻找 日本LAAS实验 两个实验间距6km 中间分布着若干小型宇宙线观测站 因两个实验相对时间刻度的问题，只观 测到三个时间、空间方向都关联的事例 日本LAAS实验 地上实验，间距1.1km到997.2km 只观测到几个关联的事例 大亚湾实验可以在地下有效的开展 关联宇宙线的寻找 探测器覆盖面积较大 取数活时间长 LEP LAAS
地下长距离关联宇宙线的寻找 第一种寻找方法 改变模块着火数cut（5-13）， 观测到的关联事例数目和偶然 符合预期均在1σ内符合 两个实验厅的RPC探测器均有超 过N个模块着火 在前后20us的符合时间窗内寻找 两个实验厅的关联事例 改变模块着火数cut（5-13）， 观测到的关联事例数目和偶然 符合预期均在1σ内符合 没有发现超出偶然符合本底的 长距离关联宇宙线 EH1-EH2的关联事例数
地下长距离关联宇宙线的寻找 该方法下一步的计划 1、优化RPC数据的分析算法 较好的muon径迹重建能力 Muon<6 较差的muon径迹重建能力 Muon: 6-9 无muon径迹重建能力 Muon>9 该方法下一步的计划 1、优化RPC数据的分析算法 2、在低muon数目时，使用 muon径迹重建的信息，压低偶 然符合本底，以寻找时间、空 间方向都关联的事例 EH1-EH2的关联事例数
地下长距离关联宇宙线的寻找 第二种寻找方法 发现了两个实验厅之间时间、空间 方向均关联的事例 时间关联 空间关联 第二种寻找方法 两个实验厅的中微子探测器均有muon 穿过，且muon径迹长度超过2m 发现了两个实验厅之间时间、空间 方向均关联的事例 事例来自同一个方向，且接近水平 入射（θ~72 degrees） 与大亚湾实验的山形对照后，发现入 射方向均为山体较薄的方向 这些事例是由山体几何因素带来的 EH2 EH1
到宇宙线的研究（3） 利用大亚湾实验探测器可以开展的其他研究? 希望从事宇宙线工作的同仁提出宝贵的意见 （来自黄晶研究员的意见）将RPC模块沿实 验隧道依次排开，形成一个长度1km-2km的 阵列 可以对原初宇宙线能量进行重建 可以在大亚湾实验运行结束后，将RPC探测器按 照此方案利用，开展研究 欢迎更多的实验设计以及其他和宇宙线相关 的物理课题
总结 在中微子物理外，大亚湾实验开始考虑新的物理课题 计划开展地下宇宙线研究，包括 一些初步结果显示了大亚湾实验具有展开上述研究的能力 不同深度的muon多重度测量 两个实验厅之间长距离关联宇宙线的寻找 一些初步结果显示了大亚湾实验具有展开上述研究的能力 进一步的数据分析正在进行中 希望得到从事天体粒子工作的同仁的意见和建议 也希望各位同仁对大亚湾实验运行结束后，如何利用探测器以及地下 实验室开展宇宙线研究提出更多更好的建议！