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用羊八井宇宙线观测实验寻找甚高能γ暴

作　者: 周勋秀
导　师: 黄庆
学　校: 西南交通大学
专　业: 理论物理
关键词: 宇宙线 γ射线暴 AS_γ实验 RPC地毯实验
分类号: P172.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 65次
引　用: 4次
阅　读: 论文下载

内容摘要

自1967年γ射线暴（Gamma-Ray Bursts，以下简称γ暴或GRBs）发现以来，许多卫星实验和地面实验投入了γ暴的研究工作，对γ暴的时间结构、空间分布、能谱特征等取得了丰富的观测资料，但是，γ暴依旧是天文学上最神秘的现象之一。30多年来，γ暴的起源一直不清，甚至γ暴源究竟近在眼前，还是远在天边，也长期无法确定。到目前为止，卫星探测器已观测到近3000个γ暴，结果表明γ暴的空间分布是高度各向同性的。1997年以来，许多γ暴被观测到了多波段余辉，有些还测出了其寄主星系的红移值，宇宙学起源模型逐渐流行起来。由于卫星实验受其探测器面积的限制，所探测到γ暴的能量都在30GeV以下。探测甚高能（E＞100GeV）γ暴的地面实验显得尤为重要，因为该能区的γ射线在穿过宇宙学距离时，会受到星系际空间的红外背景光子以及2.7K微波背景光子的强烈吸收，这就大大限制了对该能区γ射线的探测。如果实验中观测到了该能区的γ暴，就说明这些γ暴不可能是宇宙学距离的天文现象，将是对γ暴河内起源说的有力支持；如果探测不到，则支持了宇宙学起源模型，同时将对γ暴的产生机制和γ暴源距离下限带来重要信息。甚高能γ暴存在吗?目前已发现的γ暴大都在keV和MeV能区，但很多理论模型预言了甚高能区的γ暴存在；在GeV能区，EGRET观测到几个与BATSE暴相符合的γ暴（其中GRB940217持续时间90分钟，有一个光子能量高达18GeV），说明BATSE卫星观测到的γ暴常伴随着更高能量的γ暴发生；大多数γ暴的能谱是指数为2左右的幂律谱（高能端尚未见截断），如果γ暴的能谱可延伸至TeV能区，采用大面积、高记数率的地面探测器，探测该能区的γ暴是可行的。已有几个地面实验正致力于TeV能区γ暴的研究，如Milagro、HEGRA、Tibet ASγ等，但到目前为止仍为负结果。位于西藏羊八井（海拔4310m）的广延大气簇射阵列（Tibet ASγ array）具有其独特的地理物理优势，在同类实验装置中具有最低的观测阈能和最高的簇射计数率，尤其是羊八井三期阵列的阈能降至1.5TeV、记数率已达680Hz，用其来寻找TeV能区的γ暴具有很多优势。本文利用羊八井ASγ三期阵列（1999年11月18日到2002年7月6日）的重建数据(约1.45×10¹⁰个事例)进行了TeV能区γ暴的全天区独立寻找，得到候选γ暴由本底涨落导致的最小几率约为7.2×10^-12；同时也与卫星γ暴在空间和时间上进行了TeV能区γ暴的符合寻找，候选γ暴由本底涨落导致的最小西南交通大学硕土研究生学位论文第11页几率约为7．SX10＼但考虑到试验次数，其超出均在统计涨落误差范围内，不足以被确认为Y暴。本文对上述结果进行了置信水平为95％的流强上限估计，约为 10I～10－’ph＊m’S－‘ 本文通过Monte Carlo模拟估算了羊八井ARGO实验（全覆盖式地毯实验）对 E＞10GeV能区 Y暴的灵敏度，得出 ARGO实验所需要的最低流强（定义 Y暴的发现标准是 5 o）约为 sxlo”勺h．cm’．s’。

全文目录

第1章绪论  9-12
  1.1 宇宙线的研究与发展  9-10
  1.2 寻找甚高能γ暴的动机和意义  10-11
  1.3 γ暴的探测现状  11-12
第2章 γ射线暴  12-21
  2.1 γ暴的空间观测  12-13
  2.2 γ暴的主要观测特征  13-18
  2.3 γ暴的火球模型  18
  2.4 γ暴的能源机制  18-20
  2.5 γ暴的地面观测  20-21
第3章广延大气簇射及其观测  21-26
  3.1 EAS中的级联簇射过程  21-23
  3.2 EAS的一般特点  23-25
  3.3 EAS的探测方法  25-26
第4章羊八井ASγ实验  26-37
  4.1 羊八井实验的地理、物理优势  27-28
  4.2 羊八井ASγ阵列  28-32
    4.2.1 羊八井ASγ一期阵列  28-29
    4.2.2 羊八井ASγ二期／加密阵列  29-30
    4.2.3 羊八井ASγ三期阵列  30-32
  4.3 羊八井ASγ实验的原始数据和重建数据  32-37
第5章用羊八井ASγ阵列寻找TeV能区的γ暴  37-60
  5.1 寻找TeV能区γ暴的方法  37-42
    5.1.1 固定窗口法  37-38
    5.1.2 “等天顶角方法”估计本底  38-42
    5.1.3 事例团显著性的估计方法  42
  5.2 寻找TeV能区伴随γ暴  42-52
    5.2.1 寻找BATSEγ暴的伴随暴及结果  42-49
    5.2.2 寻找其它卫星γ暴的伴随暴及结果  49-52
  5.3 全天区独立寻找TeV能区γ暴及数据处理结果  52-58
  5.4 流强上限的估计  58-60
第6章羊八井ARGO实验及γ暴的模拟结果  60-71
  6.1 RPC简介  60-64
  6.2 羊八井ARGO实验  64-66
  6.3 用中-意ARGO实验寻找E＞10GeVγ暴的模拟结果  66-71
结论  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-76
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  76

用羊八井宇宙线观测实验寻找甚高能γ暴

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