L esperimento KASCADE-Grande: caratteristiche dell apparato e primi risultati

Transcript

1 L esperimento KASCADE-Grande: caratteristiche dell apparato e primi risultati Elena Carla Cantoni per la Collaborazione KASCADE-Grande Università degli Studi di Torino Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario di Torino Congresso S.I.F. Genova 2008

2 Indice 1. Introduzione: - Cos è l esperimento KASCADE-Grande - Motivazioni dell esperimento 5. Caratteristiche dell apparato: - Schema tecnico - I risultati per la ricostruzione 3. Obiettivi specifici dell esperimento e risultati ottenuti 12. Conclusione Congresso S.I.F. Genova 2008

3 - Extensive Air Shower Array - Operante al Forschungszentrum di Karlsruhe in Germania - Estensione di KASCADE, KArlsuhe Shower Core and Array Detector (dal 1996) Congresso S.I.F. Genova 2008 /1.1

4 - Extensive Air Shower Array - Operante al Forschungszentrum di Karlsruhe in Germania - Estensione di KASCADE, KArlsuhe Shower Core and Array Detector (dal 1996) - Grande (2003): ottenuto riassemblando i 37 rivelatori dell Extensive Air Shower Array italiano EAS-TOP ( , LGNS) Congresso S.I.F. Genova 2008 /1.1

5 Scopo: studiare la radiazione cosmica primaria nella regione energetica ev - regione cruciale: ginocchio + transizione a radiazione extragalattica - KASCADE: energie al ginocchio - perciò, motivazione dell estensione a Grande: > superficie, risoluzione incrementare l informazione sperimentale fino a 1018 ev Congresso S.I.F. Genova 2008 /1.2

6 Scopo: studiare la radiazione cosmica primaria nella regione energetica ev - regione cruciale: ginocchio + transizione a radiazione extragalattica - KASCADE: energie al ginocchio - perciò, motivazione dell estensione a Grande: > superficie, risoluzione incrementare l informazione sperimentale fino a 1018 ev KASCADE Congresso S.I.F. Genova 2008 /1.2

7 Scopo: studiare la radiazione cosmica primaria nella regione energetica ev - regione cruciale: ginocchio + transizione a radiazione extragalattica - KASCADE: energie al ginocchio - perciò, motivazione dell estensione a Grande: > superficie, risoluzione incrementare l informazione sperimentale fino a 1018 ev Grande KASCADE Congresso S.I.F. Genova 2008 /1.2

8 KASCADE. A 49.1 nord, 8.4 est, 110 m s.l.m.. Range energetico: 100 TeV 80 PeV. Array di 252 rivelatori con scintillatori per la misura di e+γ e µ separatamente: -13 m di spaziatura, 200 x 200 m2 di area totale. Rivelatore centrale con calorimetro adronico: - 9 piani di ferro assorbitore 20 x 16 m2 (11 lunghezze di interazione) camere a ionizzazione. Muon Tracking Detector investigare h produzione secondari - in tunnel di 50 m - camere a streamer, 128 m2 area efficace - tracciamento dei µ con E0 > 0.8 GeV con accuratezza di 0.5 Congresso S.I.F. Genova 2008 /2.1

9 Il Grande Array. Opera congiuntamente a KASCADE. 37 rivelatori a scintillazione: - distanza media di 137 m - area totale di 0.5 Km2 (accettanza KASCADE x 10) - ogni scintillatore: area di 10 m2 con 16 fotomoltiplicatori. Sensibili a tutte le particelle cariche - range dinamico: Ne/Ne muoni: ottenuti da KASCADE, buona accuratezza di ricostruzione fino a 70. Ricostruzione del core entro 5 m. Risoluzione per la direzione di arrivo 0.4. Piena efficienza a E0 > ev fino a cluster esagonali settupla per il trigger. PICCOLO: trigger esterno per coincidenze KASCADE e Grande - anche in condizioni geometricamente sfavorevoli - array compatto, posizione centrale Congresso S.I.F. Genova 2008 /2.1

10 . Attraverso il confronto della ricostruzione degli eventi di Grande con quella di KASCADE (nel caso di eventi in coincidenza) si vede che: ottimo accordo nonostante Grande sia un array distribuito e non denso come invece è KASCADE (Nch,G-Nch,K)/Nch,K Congresso S.I.F. Genova 2008 /2.1

11 La ricostruzione degli eventi con KASCADE - Grande Per ogni evento: - Posizione del core e angolo di incidenza da Grande - Numero di particelle cariche (Nch) da Grande - Numero di muoni (Nµ) da KASCADE - Numero di elettroni (Ne) da Grande sottraendo Nµ. I dati dai diversi rivelatori si combinano bene su un ampio range di distanze. ldf medie per Nch e Nµ accordo con simulazioni (QGSjetII/Fluka) su ampio range di distanze Congresso S.I.F. Genova 2008 /2.2

12 .Base per l analisi a KASCADE-Grande di spettro e composizione. Sintesi proprietà fenomenologiche EAS su ampio range di distanze: - range di energia indicati in funzione dell angolo - primari pesanti electron-poor parte bassa del plot - primari leggeri electron-rich parte alta del plot Congresso S.I.F. Genova 2008 /2.2

13 L Unfolding La ricostruzione degli spettri energetici di diversi primari separatamente - Utilizzo combinato di Ne ed Nµ basato su modelli. Il risultato di KASCADE: - ginocchio dovuto allo steepening degli spettri dei leggeri - osservato a energie crescenti per p, He, CNO rigidity dependence? - no ginnocchio del Ferro obiettivo di KASCADE-Grande! (atteso a 1017 ev). KASCADE-Grande: - possibilità di eseguire un analisi simile a energie più alte (in progress!) - identificare la transizione dalla radiazione galattica a quella extragalattica: Berezinsky model? mixed composition? Congresso S.I.F. Genova 2008 /3.1

14 La misura dello spettro energetico all-particle Attraverso il Constant Intensity Cut: - osservo l attenuazione per correggere per la dipendenza angolare - considero per ogni evento Nch (20 ) come size - taglio a intensità costante. CIC: anche via Nµ Attraverso S(500): Stima del segnale numero di particelle cariche a 500 m dall asse dello sciame - correlo con l energia attraverso simulazioni Entrambe le misure.. in progress! Congresso S.I.F. Genova 2008 /3.2

15 La misura dello spettro energetico all-particle Attraverso la stima dell energia evento per evento:. Metodo che consente di assegnare ad ogni evento anche una massa Ne (oppure Nµ) come stimatore dell energia Log(Ne/Nµ) come stimatore della massa e delle fluttuazioni degli sciami Log(E) = a(k) Log(Ne) + b(k) con k = f(ne/nµ, Ne). Misura.. In progress!. Tecnica alternativa a CIC ed S(500). Confronto di diverse tecniche comprensione degli errori sistematici di ciascun metodo Congresso S.I.F. Genova 2008 /3.2

16 La misura dell anisotropia. Altra possibilità per studiare la transizione dalla radiazione galattica a quella extragalattica. Dimensioni e stabilità di KASCADE-Grande possibile studio dell evoluzione delle anisotropie con l energia primaria - seguire l evoluzione dell anisotropia galattica (possibile match con misure Auger) - l osservazione di una deviazione potrebbe indicare la transizione a una componente extragalattica Il limite superiore fornito da KASCADE-Grande (ICRC 2007) per la Rayleigh Amplitude (linea blu) confrontato con altre misure (Auger, in rosso) Congresso S.I.F. Genova 2008 /3.3

17 Conclusioni. Dimensioni e performance di KASCADE-Grande rendono possibile: - il completamento delle misure al ginocchio - l identificazione della transizione alla radiazione extragalattica. In particolare attraverso: -La ricostruzione degli spettri di singoli primari con l unfolding -La ricostruzione dell all-particle spectrum con vari metodi (CIC, CIC+S(500), event by event energy estimation) -Lo studio delle anisotropie. Inoltre rendendo possibile: - il confronto dei modelli di interazione e propagazione su un ampio range di core distances GRAZIE! Congresso S.I.F. Genova 2008 /4

18 L esperimento LOPES. LOFAR Prototype Station, radiotelescopio digitale - misurare l emissione radio degli sciami atmosferici - chiarificarne la natura e le proprietà - poter sviluppare il software necessario al futuro utilizzo del rivelatore gigante LOFAR. Opera in coincidenza con KASCADE-Grande. Le cariche dello sciame sono deflesse dal campo magnetico terrestre ed emettono radiazione di sincrotrone sotto i 100 MHz L array di antenne permette un all-sky survey senza puntamento!