Il Nuovo Cimento A (1965-1970)

, Volume 51, Issue 1, pp 131–158 | Cite as

The primary cosmic-radiation spectrum from 1012 eV to 1015 eV from atmospheric Črenkov-radiation measurements

  • D. H. Hartman
  • C. Y. Fan
  • M. P. Gough
  • K. E. Turver
  • T. C. Weekes
Article
First Online:
Received:

Summary

A measurement of the primary spectrum of the cosmic radiation in the energy range of 5·1011 eV to ∼5·1015 eV has been made, employing the detection of atmospheric Čerenkov-light pulses produced in extensive air showers. Through the use of an all linear system and an extensive series of calibration, the uncertainties of previous measurements have been removed. The relation between the Čerenkov pulseheight spectrum and the primary cosmic-ray spectrum was investigated through the use of Monte Carlo air shower simulations designed specifically for interpretation of the results of this experiment, covering primary energies from 1011 eV to 1013 eV. These indicate that, due to large fluctuations in shower development, the technique is relatively insensitive to the spectrum of primaries at energies of 1011 eV to 1013 eV. The simulations also indicate a decrease in the importance of fluctuations with increasing primary energy. The measured spectral index shows an increase at ∼1.5·1015 eV. The physical implications of this bending are discussed.

Спектр первичного космического излучения в области от 1012 эВ до 1015 эВ из анализа измерений черенковского излучения в атмосфере

Резюме

Проводится измерение первичного спектра космического излучения в области от 5·1011 эВ до ∼5·1015 эВ, используя детекторы атмосферного череиковского излучения, образованного в широких атмосферных ливнях. Использование линейной системы и ряда калибровок позволяет устранить неопределенности предыдущих измерений. Исследуется связь между высотным спектром черенковского излученяя и спектром первичных космических лучей. Для интерпретации резльтатов этого эксперимента, покрывающего область первичных энергий от 1011 эВ до 1013 эВ, используется моделирование воздушных ливней по методу Монте Карло. Полученные результаты указывают, что из-за больших флуктуаций при развитии ливней предложенная техника нечувствительна к спектру первичных частиц при энергиях от 1011 эВ до 1013 эВ. Моделирование также указывает на уменьшение важности флуктуаций с увеличением первичной энергии. Измеренный спектральный показатель увеличивается при энергии ≈1.5·1015 эВ. Обсуждаются физические следствия этого изгиба.

Riassunto

Si è effettuata una misurazione dello spettro dei primari delle radiazioni cosmiche nell'intervallo di energia da 5·1011 eV a ∼5·1015 eV impiegando il rilevamento degli impulsi atmosferici della luce di Čerenkov prodotti in sciami di aria estesi. Per mezzo di un sistema completamente lineare e di una serie estesa di calibrazioni, sono state eliminate le incertezze di precedenti misurazioni. Si è analizzata la relazione tra lo spettro ampiezza-impulso di Čerenkov e lo spettro dei raggi cosmici dei primari tramite l'uso di simulazioni di sciami d'aria col metodo di Montecarlo destinate specificatamente per l'interpretazione dei risultati di questo esperimento che ricopre energie dei primari da 1011 eV a 1013 eV. Queste indicano che, a causa delle ampie fluttuazioni nello sviluppo dello sciame, la tecnica è relativamente insensibile allo spettro dei primari a energie da 1011 eV a 1013 eV. Le simulazioni indicano anche una diminuzione nell'importanza delle fluttuazioni all'aumentare dell'energia del primario. L'indice spettrale misurato mostra un'aumento a ∼1.5·1015 eV. Le implicazioni fisiche di questa flessione sono discusse.

This is a preview of subscription content, log in to check access.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

Footnotes

  1. (1).
    E. Juliusson:Proceedings of the XIV International Conference on Cosmic Rays, Vol.8 (Munich, 1975), p. 2689.ADSGoogle Scholar
  2. (2).
    N. L. Grigorov, Y. V. Gubin, I. D. Rapaport, I. A. Sevenko, V. V. Akimov, V. E. Nesterov andB. M. Yakovlev:Proceedings of the XII International Conference on Cosmic Rays, Vol.5 (Hobart, 1971), p. 1746.Google Scholar
  3. (3).
    R. Ramaty, V. K. Balasubrahmanyan andJ. F. Ormes:Science,180, 732 (1973).CrossRefADSGoogle Scholar
  4. (4).
    C. J. Bell, A. D. Bray, S. A. David, B. V. Denehy, L. Goorevich, L. Horton, J. G. Loy, C. B. A. McCusker, P. Nielson, A. K. Outhred, L. S. Peak, J. Ulrichs, L. S. Wilson andM. M. Winn:J. Phys. A,8, 990 (1974).CrossRefADSGoogle Scholar
  5. (5).
    K. Greisen:IX International Conference on Cosmic Rays, Vol.2 (London, 1965), p. 609.ADSGoogle Scholar
  6. (6).
    D. M. Edge, A. L. Evans, H. J. Garmston, R. J. O. Reid, A. A. Watson, J. G. Wilson andA. M. Wray:J. Phys. A,6, 1612 (1973).CrossRefADSGoogle Scholar
  7. (7).
    M. J. Ryan, J. F. Ormes andV. K. Balsubrahmanyan:Phys. Rev. Lett.,28, 985 (1972).CrossRefADSGoogle Scholar
  8. (8).
    R. K. Adair, H. Kasha, R. G. Kellogg, L. B. Leipuner andR. C. Larsen:Phys. Rev. Lett.,39, 112 (1977).CrossRefADSGoogle Scholar
  9. (9).
    A. M. Hillas:Phil. Trans. Roy. Soc.,277 A, 413 (1974).ADSGoogle Scholar
  10. (10).
    A. W. Wolfendale:Phil. Trans. Roy. Soc.,277 A, 429 (1974).ADSGoogle Scholar
  11. (11).
    C. Gerdes, D. Hartman, C. Y. Fan andT. C. Weekes:XIV International Conference on Cosmic Rays, Vol.8 (Munich, 1975), p. 3040.ADSGoogle Scholar
  12. (12).
    J. V. Jelley andW. Galbraith:Journ. Atmos. Terres. Phys.,6, 304 (1955).CrossRefADSGoogle Scholar
  13. (13).
    V. I. Zatsepin andA. E. Chudakov:Sov. Phys. JETP,15, 1176 (1962).Google Scholar
  14. (14).
    H. E. Dixon andK. E. Turver:Proc. Roy. Soc.,339 A, 171 (1974).CrossRefADSGoogle Scholar
  15. (15).
    T. K. Gaisser, R. J. Protheroe andK. E. Turver:XV International Conference on Cosmic Rays, Vol.8 (Plovdiv, 1977).Google Scholar
  16. (16).
    G. Brooke, P. J. Hayman, Y. Kamiya andA. W. Wolfendale:Proc. Roy. Soc.,83, 853 (1963).CrossRefADSGoogle Scholar
  17. (17).
    H. Bøggild, E. Dahl-Jensen, K. H. Hansen, J. Johnstad, E. Lohse, M. Suk, L. Veje, V. J. Karimaki, K. V. Laureianinen, E. Riipinen, T. Jacobsen, S. O. Sorensen, J. Allan, G. Bloomquist, O. Danielson, G. Ekspong, L. Granstron, S. O. Holmgren, S. Nilsson, B. E. Ronne, U. Svedin andN. K. Yamdagni:Nucl. Phys.,27 B, 285 (1971).CrossRefADSGoogle Scholar
  18. (18).
    J. C. Butcher andH. Messel:Nucl. Phys.,20, 15 (1960).CrossRefGoogle Scholar
  19. (19).
    A. Baxter:J. Phys. A,2, 50 (1969).CrossRefADSGoogle Scholar
  20. (20).
    D. J. Marsden: Ph. D. Dissertation, University of Leeds (1971).Google Scholar
  21. (21).
    R. Browning andG. J. Smith: Department of Physics, University of Durham, Durham, England, private communication (1973).Google Scholar
  22. (22).
    C. W. Allen:Astrophysical Quantities, 2nd ed (London, 1955), p. 134.Google Scholar
  23. (23).
    B. Rossi:High-Energy Particles (Englewood Cliffs, N. J., 1952).Google Scholar
  24. (24).
    L. Elterman:Appl. Optics,5, 1769 (1966).CrossRefADSGoogle Scholar
  25. (25).
    C. C. Gerdes: Ph. D. Dissertation, Department of Physics, The University of Arizona (1974).Google Scholar
  26. (26).
    D. H. Hartman:Rev. Sci. Instrum.,49, 1130 (1978).CrossRefADSGoogle Scholar
  27. (27).
    T. C. Weekes:Nuovo Cimento,35 B, 85 (1976).ADSGoogle Scholar
  28. (28).
    D. H. Hartman, C. Y. Fan, P. G. Gough, K. E. Turver andT. C. Weekes:XV International Conference on Cosmic Rays, Vol.8 (Plovdiv, 1977), p. 233.ADSGoogle Scholar
  29. (29).
    A. E. Chudakov, V. L. Dadykin, V. Zatesepin andN. M. Nesterova:Cosmic Rays, edited byD. V. Skobeltsyn (Proc. (Trudy)) P. N. Lebdev, Phys. Inst.; translated by the consultants bureau, Vol.26 (1965), p. 99.Google Scholar
  30. (30).
    C. L. Bhat, H. Razden, P. R. Sarma andM. L. Sapru:XV International Conference of Cosmic Rays, Vol.8 (Plovdiv, 1977), p. 508.ADSGoogle Scholar
  31. (31).
    T. C. Weekes andK. E. Turver:Proceedings of the XII ESLAB Symposium (Frascati, 1977), p. 279.Google Scholar
  32. (32).
    H. Tornebene:XV International Conference on Cosmic Rays, Vol.9 (Plovdiv, 1977), p. 156.ADSGoogle Scholar

Copyright information

© Società Italiana di Fisica 1979

Authors and Affiliations

  • D. H. Hartman
    • 1
  • C. Y. Fan
    • 1
  • M. P. Gough
    • 2
  • K. E. Turver
    • 2
  • T. C. Weekes
    • 3
  1. 1.The University of ArizonaTucsonU.S.A.
  2. 2.The University of DurhamDurhamU.K.
  3. 3.Mt. Hopkins ObservatoryHarvard-Smithsonian Center for AstrophysicsAmadoU.S.A.

Personalised recommendations