New studies of Čerenkov radiation in extensive air showers

Summary

New experimental studies of the angular, spectral and temporal properties of Čerenkov light produced in cosmic-ray extensive air showers (EAS) are reported. These data appear to be best explained by a two-component model for the origin of the Čerenkov light with production occurring not only (predominantly) at the electron maximum but also at greater atmospheric depths from unscattered, nearly «onaxis» particles, such as expected in the EAS core. Monte Carlo calculations to be published of EAS cores support this hypothesis. An individual EAS may thus be detected at its maximum of electromagnetic development and at its core simultaneously. New experiments employing these techniques are discussed and the important implications for the possible identification of the primary particle initiating the EAS detected are considered. Experiments are now in progress using the methods reported here to search for cosmic γ-ray sources as well as to study the primary cosmic-ray mass spectrum at energiesE ₀⋧10¹²eV.

Riassunto

Si riferisce di nuovi studi sperimentali sulle proprietà angolari, spettrali e temporali della luce Čerenkov prodotta dagli sciami estesi dell'aria (EAS). Sembra che si possano interpretare meglio i dati con un modello a due componenti sull'origine della luce Čerenkov, supponendo che la produzione di luce avvenga non solo (in modo predominante) al massimo degli elettroni ma anche a spessori atmosferici maggiori da parte di particelle vicino all'asse e non diffuse che si prevede esistano nel nocciolo dello sciame. Si pubblicherà successivamente un Montecarlo a sostegno di questa ipotesi. Se l'ipotesi fatta è vera si può rivelare un singolo sciame simultaneamente al massimo del suo sviluppo elettromagnetico ed al suo nocciolo. Si discutono nuove esperienze che sfruttano questo tipo di tecnica e si esamina l'importanza che questa ipotesi potrebbe avere per l'individuazione della particella primaria dello sciame. Si stanno svolgendo delle esperienze col metodo esposto in questo articolo con l'intento di individuare possibili sorgenti di γ e di studiare lo spettro di massa dei raggi cosmici primari per energieE ₀≳10¹² eV.

Резюме

Сообщаются результаты новых экспериментальных исследований угловых, спектральных и временных свойств излучения Черенкова, рожденного в широких атмосферных ливнях космических лучей. Оказывается, что эти данные хорошо обьясняются с помощью двух-компонентной модели происхождения излучения Черенкова, которое рождается не только (преимущественно) в электронном максимуме, но также на значительно больших атмосферных глубинах нерассеянными частицами, находящимися вблизи оси, такими, которые предполагаются в центре широкого атмосферного ливня. Публикуемые вычисления по методу Монте-Карло дляцентра широких атмосферных ливней подтверждают эту гипотезу. Таким образом, отдельный широкий атмосферный ливень может быть зарегистрирован одновременно по максимуму его электромагнитного излучения и по его ценгральной части. Обсуждаются новые эксперименты, использующие эту технику, и рассматриваются важные следствия для возможной идентификации первичной частицы, порождающей детектируемый широкий атмосферный ливень. Сейчас проводятся эксперименты, использующие описанные здесь методы, чтобы исследовать источники космических γ-лучей и изучить спектр масс первичных космических лучей при энергииE ₀≳10¹² эВ.