Проект Космо УНК для исследования космических лучей сверхвысоких

Проект Космо. УНК для исследования космических лучей сверхвысоких энергий В. В. Аммосов 1, Г. И. Бритвич1, А. П. Останков 1, В. П. Павлюченко 2, В. А. Рябов 2, А. А. Семак 1, А. П. Чубенко 2 1 ИФВЭ 2 ФИАН 7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29 -я РККЛ 1

Задумка Предлагается создание установки и проведение экспериментов по исследованию космических лучей сверхвысоких энергий на базе существующего туннеля УНК в ИФВЭ : - Детектор в туннеле УНК - регистрация проникающей компоненты ШАЛ (µ, ? ) - Наземный детектор – регистрация заряженной, электромагнитной и нейтронной компонент ШАЛ 7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29 -я РККЛ 2

Статус УНК 20. 8 км окружность 20(юг)-60(север) м под землей Наземка – несколько площадок и зданий в южной части 7 Августа, 2006 5. 1 м диаметр Туннель практически полностью готов (95%), остался север (вода) В. Аммосов , 29 -я РККЛ 3

Концепция установки Установка : Наземный детектор Регистрация : зар. , e/ , n Вся уст-ка : S~70 км 2, 7000 сц. сч. + + + Подземный детектор в туннеле УНК мюоны с Е > 10 -30 Гэ. В S~ 105 м 2, сц. сч. и ДК 400 см ДК СС 510 см 27 0 см ch, em, n 7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29 -я РККЛ 4

Физика В диапазоне энергий 2 1015 э. В - 1019 э. В - измерение ядерного состава космических лучей ; - поиск фотонной составляющей космических лучей; - детальное изучение состава ствола ШАЛ. Статистика: J(>E 0)= 104 (E 0/1017)-2 {част/км 2 год стер} E 0, э. В S = 1 км 2 Вся уст-ка 5 1016 1017 5 1017 1018 1019 1020 4 106 104 400 100 3 104 ~100 ~1 для условий – 1 год, 1 стер 7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29 -я РККЛ 5

Мюоны в УНК -малые адронные и э. м. фоны - меньшее многократное рассеяние - относятся к более первым поколениям 7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29 -я РККЛ 6

Концепция установки Измеряемые: по подземной части - частичное поперечное распределение мюонов, включая интеграл N ; - времена прихода мюонов; - направления мюонов ; по наземной части - поперечное распределение заряженной компоненты, включая интеграл Nе ; -времена прихода космических лучей; -электромагнитную и нейтронную составляющие для ствола ливня . Времена прихода и направления мюонов могут быть использованы для восстановления продольного развития ливня R 7 Августа, 2006 Это возможная особенность эксперимента на УНК В. Аммосов , 29 -я РККЛ 7

Восстановление мюонов Продольное распределение ливня Реально: = 10 t= 2 нсек 7 Августа, 2006 R< 200 м – большие ошибки, возможно измерение только по углу и времени R> 200 м – время лучше, возможно восстановление продольного распределения , если хватает статистики Т. е. восстановление работает лучше для больших энергий В. Аммосов , 29 -я РККЛ 8

Возможности установки Восстановление 1017 э. В , R=100 м p Fe Слабая чувствительность к А P-Fe = ~40 г/см 2, а разброс ~150 г/см 2 ошибка в точности восстановлении ~ 30 г/см 2 7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29 -я РККЛ 9

Возможности установки Nmu для р, О, Fe в полосе 5 м на R= 150 м 1017 э. В, Emu > 10 Гэ. В Значимое различие в распределениях по множественности 7 Августа, 2006 v. s. R Полоса 5 м 1017 э. В, Emu > 10 Гэ. В Значимое различие при всех R В. Аммосов , 29 -я РККЛ 10

Возможности установки Nmu v. s. Ne Fe 1017 э. В, Emu > 10 Гэ. В Все мюоны Ее > 10 Мэ. В p 7 Августа, 2006 По Ne также есть разделение как и по Nmu В. Аммосов , 29 -я РККЛ 11

Возможности установки Сильная Ne vs hmu корреляция Уменьшает ширину Ne распределения /Ne P, % Fe, % 7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29 -я РККЛ все 50 20 -> -> c hmu 17 10 12

Возможности установки Флуктуации Ne из-за поперечного sampling’a должны быть меньше продольных. Для Fe /Ne < 10% Для полного детектора и мин рег энергии 5 1017 э. В -> сетка ~ 100 м для 1 м 2 счетчиков 7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29 -я РККЛ 13

Базовый детектирующий элемент На основе 1 м 2 сцинтилляционный счетчик: - литьевой полистирольный сцинтиллятор Сбор света по спектросмещающим волокнам Световыход 35 фотоэлектронов при толщине 10 мм с ФЭУ-115 М Однородность 5% Временное разрешение ~ 1 нс Вес 27 кг Испытан на Тянь Шаньской станции ФИАН Серийное производство в ИФВЭ Необходима оптимизация с целью уменьшения счета до ~ космического Сейчас ~ 10 раз больше 7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29 -я РККЛ 14

Дрейфовые камеры НД -Существуют 360 дрейфовых камер =720 м 2 от Нейтринного Детектора ИФВЭ-ОИЯИ -Размер камеры 400 х51 х12 см 3 - чувств. объем 370 х50 х6 см 3 - дрейфовый промежуток 250 мм(Тмакс=5 мкс) - 4 сигнальные проволочки стринг -точность координатная – 1 мм, угловая-30 мрад -эфф. восстановления стринга – 98% (угол<600) -Межстринговое разрешение – 4 мм -Газовая смесь - 94%Ar + 6%СО 2 7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29 -я РККЛ 15

1 -я очередь На базе площадки № 1016 (есть инфраструктура) 104 м 2 106 м 2 наземный детектор 80 х120 м 2 1016 200 м АБК 1099 300 м 7 Августа, 2006 кн подземный детектор 4 х200 м 2 Детектор 104 м 2: -подземный- 360 ДК вплотную, 4 х200=800 м 2 -наземный – 1 м 2 сц. сч. , всего 335 шт. , шаг сетки 6 м (~3% активной области) - физ. задача – поиск фотонных ливней в диапазоне 1014 – 1016 э. В. Статистика при 5 1014 э. В ~106 соб/год В. Аммосов , 29 -я РККЛ 16

1 -я очередь Ожидается, что можно улучшить верхний предел для дифф. фотонов в области энергий 5 1014 – 1015 э. В. 7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29 -я РККЛ 17

Измерение фонов MIP все Счет 1 м 2 сц. счетчика, Гц самозапуск совпадения Поверхность 100 Туннель(25 м) 7 Августа, 2006 1000 300 10 В. Аммосов , 29 -я РККЛ 18

Заключение Возможна постановка эксперимента по прецизионному измерению КЛ с энергиями 2 1014 – 1019 э. В с привлечением мюонной компоненты на базе туннеля УНК: есть готовый туннель, инфраструктура, производство сц. счетчиков 1. Мюоны на УНК альтернатива флюоресценции для продольного восстановления ливня * Помогают для ядерного разделения *Позволяют уменьшить продольные флуктуации ливня *Приводят к необходимости улучшения поперечного разрешения 2. Разумна поэтапность создания установки – 1 -я очередь 2 1014 – 1016 э. В 3. Приветствуются дополнительные методы регистрации КЛ в рамках установки 4. Необходима помощь как российских, так и зарубежных космиков 7 Августа, 2006 В. Аммосов , 29 -я РККЛ 19