最高エネルギー宇宙線観測における地表検出器特性による系統誤差の研究

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日本のAGASA実験グループは、エネルギースペクトルは1020eVを超えて延びているという観測結果を得ているのに対し、アメリカのHiResグループは10^<20>eV付近でスペクトルが落ち込んでいるという結果を発表している。両実験ともに10^<20>eVを超えるイベントの期待値は多くなく、さらに高統計で議論する必要があるため、Auger Project (Auger)、Telescope Array Project (TA)といったさらに大規模な実験が進められている。Augerでは水チェレンコフ検出器、TAではシンチレーター検出器をそれぞれメイン検出器として用いているため、検出器特性の違いのために異なる結果を出す可能性がある。AGASAのサイトで行ったAugerプロトタイプ検出器の性能実験結果とシミュレーションを用いて検出器特性による系統誤差の評価を行った。宇宙線空気シャワーシミュレーションとしては、多くの実験グループにより用いられているCORSIKA6.5を用い、GEANT48.0により、AGASAシンチレーター検出器、Augerプロトタイプ検出器の特性を考慮した。空気シャワーの発達において高エネルギーでの相互作用モデルはQGSJET-II、SIBYLL2.1を用い、一次宇宙線種として陽子、鉄核について比較を行った。シャワー粒子数のシャワー軸からの距離に対する分布はシンチレーター、水タンクともにどのモデル、粒子種の組み合わせでも実験データがほぼ再現されたが、陽子を用いた方が再現性が良かった。AGASA、Augerではエネルギー決定のパラメーターとしてシャワー軸から、それぞれ600m、1000mでの粒子数密度を用いている。この値から推定エネルギーへの影響を見積もると、最大±6%(天頂方向)〜±14%(45度)、水タンクでは±18%(天頂方向)〜±12%(45度)の違いが生じることが分かった。