Computer simulations of Čerenkov light from large cosmic-ray showers

Summary

Detailed computer simulations have been made for the air Čerenkov radiation produced in large cosmic-ray showers. The hadron cascade employed in the air shower simulation incorporates Feynman scaling; primary particles ranging in mass from protons to iron nuclei are considered. The simulation results compare well with recent measurements of the average characteristics of Čerenkov light from large cosmicray showers made with a synchronized array of fast photomultipliers at the Haverah Park EAS array; satisfactory overall agreement is found between the observations and the predictions for showers of primary energy (≈2·10¹⁷÷≈2·10¹⁸) eV having their electron cascade maximum at depths in the atmosphere of (≈680÷≈770) g cm⁻². For the cascade model employed here these depths of maximum arise for a heavy primary mass composition.

Riassunto

Si sono effettuate simulazioni dettagliate mediante il calcolatore per la radiazione di Čerenkov nell'aria prodotta in grandi sciami di raggi cosmici. La cascata di adroni impiegata nella simulazione dello sciame d'aria comprende la variazione di scala di Feynman; si considerano particelle del primario che variano in massa dal protone al nucleo del ferro. I risultati della simulazione sono in buon accordo con recenti misurazioni delle caratteristiche medie della luce di Čerenkov dagli ampi sciami di raggi cosmici generati con un sistema sincronizzato di fotomoltiplicatori veloci nel complesso EAS di Haverah Park; si trova un accordo totale soddisfacente tra le osservazioni e le predizioni per sciami di energia del primario (≈2·10¹⁷÷≈2·10¹⁸) eV che hanno il massimo di caduta di elettroni a profondità nell'atmosfera di (≈680÷≈770) g cm⁻². Per il modello di caduta impiegato in questo contesto queste profondità del massimo nascono per una composizione di massa pesante delle primarie.

Резюме

Было произведено подробное машинное моделирование черенковского излучения в атмосфере, производимое широкими ливнями космических частиц. Адронный каскад, используемый в моделировании атмосферного ливня, включает фейнмановский скейлинг. Рассматриваются первичные частицы с массами в области от протонов до ядер железа. Результаты моделирования сравниваются с недавними измерениями средних характеристик черенковского излучения из широких ливней космических лучей, которые были измерены с помощью синхронизированной цепочки фотоумножителей. Обнаружено удовлетворительное согласие между наблюдениями и предсказаниями для ливней с первичной энергией (≈2·10¹⁷÷≈2·10¹⁸) эВ, причем максимум электронного каскада для этих ливней имеет место в атмосфере на глубине (≈680÷≈770) г·см⁻². Для использованной в работе модели каскада указанные глубины возникают для тяжелых первичных частиц.