宇宙線粒子数の角度依存性 平成１６年３月2日 恩田 雄太 指導教官 新川 孝男 助教授 １ はじめに 宇宙線 ： 陽子 大気 μ 地球 崩壊 １次宇宙線 陽子を主成分とする高エネルギー原子核 ２次宇宙線 １次宇宙線と大気の相互作用により生成 （ミューオン、陽電子、電子、陽子） ２次宇宙線も大気との弱い相互作用により ミューオンの角度依存性と大気の通過量との関係 ２ ２次宇宙線の生成過程 生成過程 p+ n → p + n+ n+π π ± → μ ± +ν μ μ + →ｅ+ + ν μ + νｅ μ + →ｅ+ + ν μ + νｅ π 0 → γ +γ 電子対創生 γ →ｅ +ｅ 制動輻射 ｅ± → γ + ｅ± + カスケードシャ ワー − + +π 0 シンチレーション検出器の働き プラスチック ライトガイド 光電子増倍管 シンチレーター 蛍光 電離損失の測定 通過時間の測定 波形 積分 スタート ストップ 方形波 両覗き ３ 実験装置 光電子増倍管 Ｖ１ Ｓ１ Ｓ３ Ｖ２ Ｖ３ Ｓ２ 基準信号 S1・S2 θ 支点 10０ｃｍ S1L S1R ミューオンの選別 S１の分布 電 離 損 失 カットの範囲 ６０＜ΔES1＜２００ －１５０＜t（S１L）－t（S1R）＜１５０ ２ＭｅＶ 時間差 t（S1L）-t（S1R） 同様にして、他のカウンターの 条件を決定 検出効率 S2・S3・V ５７７ 粒子数 電離損失 S1の検出効率＝５６６/５７７＝０．９９ 全体（計１２条件） ＝０．９０ Ｓ１ 排除効率（水平方向測定） カウンター 排除効率 Ｓ１Ｌ 0.435 Ｓ１Ｒ 0.400 Ｓ２Ｌ 0.444 Ｓ２Ｒ 0.397 Ｓ３ 0.803 ミューオン：48 Ｖ１ 0.372 →約30分の１ Ｖ２ 0.287 Ｖ３ 0.725 総事象 ：1348 ５ 実験結果 粒子数（×10^3/sec cm^2 sterad) 10.0000 1.0000 0.1000 0.0100 0 10 20 30 40 50 天頂角（°） 実験値 60 70 80 cos^2θ 実験値：鉛直方向/水平方向＝１１２±１７ 90 鉛直（１６ｋｍ）/水平（４５２ｋｍ） ６ 考察 ＝１/３０ ミューオン粒子数が角度に依存する理由 角度が大きくなると、大気の物質量（厚さ）が増加 大気中を通過する間に・・・ 地球 Ｐ：運動量 L ・崩壊する ― N = N 0ｅ P cτ m Ｌ：距離 y＝e-x Ｎ：粒子数 Ｌ＝１６ｋｍ→Ｐ＝２．４ＧｅＶ/ｃ Lが大きくなると生き残るために必要な運動量は大きくなる ・電離損失する 物質量 １ｇ/cm２を通過すると、約２MeVの電離損失 大気＝１ｋｇ/ｃｍ２→ΔＥ＝２ＧｅＶ 地上でのミューオン 粒子数 算定値 N（０°）/N（９０°） ＝５８３ １ＧｅＶ 実験値と算定値の比較 粒子数（×10^3/sec cm^2 sterad) 10.0000 1.0000 0.1000 0.0100 0 10 20 30 40 50 天頂角（°） 実験値 60 算定値 実験値：鉛直方向/水平方向＝１１２±１７ 算定値：鉛直方向/水平方向＝５８３ 70 80 90 ７ まとめ ミューオン粒子数の角度依存性を調べた 角度が大きくなると、粒子数は急激に減少 →通過してきた大気の厚さに関係 鉛直/水平＝１１２±１７ （昨年：１/３０） 算定値と減少傾向が一致 cos２θのグラフと一致 以上で発表を終わります。
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