马玲玲 张寿山 毕白洋 尹丽巧 高能物理研究所 2017.9@威海 LHASSO宇宙线能谱展望 马玲玲 张寿山 毕白洋 尹丽巧 高能物理研究所 2017.9@威海 第三届LHAASO合作组会议

主要内容 测量宇宙线能谱的现状及所面临的困难 LHAASO分阶段、多参数测量宇宙线能谱 各阶段LHAASO测量宇宙线能谱的能力 总结和展望

测量宇宙线能谱的现状及困难 1：在200GV处测到了各成份能谱变硬 2：在10TeV处测到了小的拐折 3：将能谱测量至100TeV 空间直接测量 地面间接测量 1：在200GV处测到了各成份能谱变硬 2：在10TeV处测到了小的拐折 3：将能谱测量至100TeV

通过大气簇射间接测量 H+He能谱的测量 能量标定不确定 成份测量困难 模型依赖 LHAASO能做什么？ EAS 阵列 契伦科夫望远镜/阵列 荧光望远镜 H+He能谱的测量 ARGO-YBJ： 3TeV-300TeV ARGO-YBJ+C-telescopes 100TeV-3PeV 700TeV处出现拐折 能量标定不确定 成份测量困难 模型依赖 LHAASO能做什么？

LHASSO Introduction 4400m above sea level 1KM2 Array (KM2A) 5195 scintillator detectors every 15 m 1171 muon detectors every 30m Wide Field of View Cherenkov telescope Array (WFCTA) 18 Telescopes Energy meaurements Hillas Geometry reconstruction ， Muon content Geometry reconstruction Core information Water Cherenkov detector Array (WCDA) 78,000m2 4400m above sea level LHASSO Introduction

LHAASO 对宇宙线能谱的测量 从10TeV到EeV跨5个量级连续一致的测量测量宇 宙线分成份能谱 分阶段、多参数 10TeV-100TeV Energy Scale WCDA, WFCTA 100TeV-10PeV Knees for H,He,… WCDA, WFCTA, KM2A 10PeV-100PeV knee of Fe WFCTA, KM2A 100PeV-2EeV 2nd knee & composition changing Transition from galactic to extra-galactic

多参数测量 KM2A： 电磁粒子，Muon的横分布 1 inch PMTs 增大动态范围 Red:iron 测量芯区信息 Blue:proton 10PeV<Energy<100PeV a b WCDA: 测量近芯区粒子数 WFCTA: Hillas

Energy scale of WFCTA prototype Wide Field of View Cherenkov Telescope (WFCTA/LHAASO) 5m2 spherical mirror； 16×16 PMT array Pixel size 1°； FOV: 14°× 16°; Elevation angle: 60°. One of Cherenkov event 80m The knee of (700±230stat.±70sys.) TeV is found CREAM: 1.09x1.95x10-11(E/400TeV)-2.62 ARGO-YBJ: 1.95x10-11(E/400TeV)-2.61 LHAASO Prototype: 0.94x1.95x10-11(E/400TeV)-2.62

100TeV 至 10PeV LHAASO探测器性能研究 WCDA 芯位重建: 3m 方向重建: 0.3° 芯区粒子数 KM2A Total Muon number WFCTA SIZE (total PE in image) Width, Length 簇射方向到像的质心的角距离 WFCTA指向 天顶角：28°35°

参数之间的相关性

有效面积和污染率 Proton + helium Proton Proton+helium Aperture m2Sr 1500 4000 Purity 90% 95%

Event rates and expected spectra based on 15% duty circle ARGO-WFCTA model Horandel model H4A model Event rates and expected spectra based on 15% duty circle

10PeV 至100PeV LHAASO探测器性能研究 Air depth of LHAASO Air depth with zenith 45° KM2A: 方向及芯位重建 Muon数目 电磁粒子数目 WFCTA: 簇射方向到像的质心的角距离 Npe:契伦科夫像中的光电子数 WFCTA指向 天顶角：45° 方位角：0~360°

成份鉴别 Obtained from KM2A Obtained from WFCTA Log10(Ne/Nmuon) Blue: iron Red:proton Obtained from WFCTA Distance: the angular distance between image center to the arriving directions

KM2A WFCTA Purity in selecting iron: 84% Purity in selecting iron and MgAlSi: 94%

能量重建 Energy resolution The reconstructed energy is a function total Npe recorded by WFCTA and Rp Energy resolution <20% (Rp<100m) <25%(Rp<200m) ~30%(Rp<300m) Rp<100m Rp<200m Rp<300m

有效面积及事例率 100 irons 15% duty cycle 50m<Rp<250m 50m<Rp<230m All particle 15% duty cycle 100 irons Iron

总结与展望 由于LHAASO探测器的低阈能，能和空间实验相连 接，因此可以通过交叉标定以获取绝对能标 通过WCDA，KM2A和WFCTA的联合观测，可以获 得proton（90%纯度）或者proton+helium的能 谱（95%纯度） 通过KM2A和WFCTA的联合观测可以获得铁核能谱。 在100PeV处每年能获得100个好事例（87%纯度） 利用WCDA和KM2A的全模拟程序更真实的研究 LHAASO探测器的性能。

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