Primary mass composition and its determination in the energy range between 10⁵ and 10⁸ GeV

Summary

We have been carrying out a large number of Monte Carlo simulations of extensive air showers, covering the energy range from 10⁵ to 10⁸ GeV, in an attempt to solve the problem of the primary composition in this energy range. In view of the results of the pbar-p collider at CERN, which confirmed our early conclusion that Feynman scaling is not valid in the central region at these energies, we have confined our calculations to a single model to handle the fundamental hadron-light-nucleus interactions, which is of the multiple-cluster type. The calculations have been carried out for proton and iron primaries. We present theoretical data, including longitudinal shower development curves, height of maximum distributions, energy spectra and correlation plots, together with compilations of experimental results. Comparison between new theoretical and experimental data leads to the conclusion that iron cannot be the dominating component in the primary radiation in the investigated energy range.

Riassunto

Abbiamo eseguito un gran numero di simulazioni di Montecarlo degli sciami cosmici estensivi, che coprono l'intervallo d'energia da 10⁵ a 10⁸ GeV, nel tentativo di risolvere il problema della composizione del primario in questo intervallo d'energia. Alla luce dei risultati del collisore pbar-p al CERN, che ha confermato la nostra precedente conclusione che lo scaling di Feynman non è valido nella regione centrale a queste energie, abbiamo confinato i nostri calcoli a un singolo modello per trattare le interazioni fondamentali adrone-nucleo leggero, che è del tipo a cluster multiplo. I calcoli sono stati eseguiti per i primari del protone e del ferro. Si presentano dati teorici, comprese le curve di sviluppo longitudinale dello sciame, l'altezza delle distribuzioni massime, gli spettri d'energia e i grafici di correlazione, oltre a una rassegna dei risultati sperimentali. Il confronto tra nuovi dati sperimentali e teorici porta alla conclusione che il ferro non può essere la componente dominante nella radiazione del primario nell'intervallo d'energia studiato.

Резюме

Проводится моделирование с помощью метода Монте-Карло широких атмосферных ливней в области энергий от 10⁵ до 10⁸ ГэВ. Цель моделирования— решить проблему первичного состава в этой энергетической области. Исходя из результатов, полученных на коллайдере в ЦЕРНе, которые цодтверждают нащ ранее сделанный вывод, гто скейлинг фейнмана не справедлив в центральной области при этих энергиях, мы ограничиваем себя вычислениями в рамках единственной модели, чтобы исследовать фундаментальные взаимодействия адронов с легкими ядрами. Вычисления проводятся для взаимодействия протонов и ядер железа. Приводятся теоретические результаты, включая кривые продольного развития ливней, высоту максимальных распредедений, энергетические спектры и корреляционные диаграммы, а также экспериментальные результаты. Сравнение между новыми теоретическими результатами и экспериментальными данными позволяет сделать вывод, что железо не является доминирующей компонентой в первичном излучении в исследованной области знергий.