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Running the CERN LHCf experiment and validating nuclear interaction models at ultra high energies

运行 CERN LHCf 实验并验证超高能量下的核相互作用模型

基本信息

批准号：
20340058
负责人：
KASAHARA Katsuaki
金额：
$ 12.15万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

LHCf is a dedicated experiment to observe the spectrum of photons and neutrons produced in the very forward region of collisions at CERN LHC of which energy is comparable to the ultra-high energy cosmic rays (UHECR). The purpose is to validate nuclear interaction models used in the Monte-Carlo (MC) simulations for cosmic-ray experiments, and thus to help clarify the mystery of UHECR.LHCf successfully observed the 450 GeV+450 GeV collisions in the end of 2009 and also 3.5 TeV+3.5 TeV collisions in 2010. The energy is equivalent to the laboratory energy of 4.3・10^<14> eV and 2.6・10^<16> eV, respectively. We examined MC models, DPMJET(v3.04), PYTHIA(v8.145), QGSJET II(v03), SIBYLL(v2.1) and EPOS(v1.99). The spectrum in this completely unexplored region was found not completely far way from our expectation, but these models cannot fit the experimental data in a satisfactory way. The photon spectrum is softer than many MC models while hadrons show a harder spectrum. If we consider the pseudo-rapidity (η) distribution in the central region, obtained by other LHC experiments (ATLAS and CMS), together with our data, we may say all interaction models breakdown in the LHC energy region. DPMJET is a very good model in the low energy region but its photon spectrum is much harder than the LHCf data and theηdistribution suddenly breakdowns at LHC energies. PYTHIA, though tuned to fit the LHCηdistribution, shows a similar photon spectrum as DPMJET.These facts indicate that we need to explore the highest energy LHC collisions expected in a few years to clarify the breakdown tendency and to validate the models, and also that it is important to construct a new interaction model.

LHCf 是一项专门用于观察 CERN LHC 碰撞最前沿区域产生的光子和中子光谱的实验，其能量可与超高能宇宙射线 (UHECR) 相媲美。目的是验证宇宙线实验蒙特卡罗（MC）模拟中使用的核相互作用模型，从而帮助解开UHECR之谜。LHCf在2009年底成功观测到450 GeV+450 GeV碰撞，并在2010年成功观测到3.5 TeV+3.5 TeV碰撞。能量相当于实验室能量4.3・10^<14> eV，分别为2.6・10^<16> eV。我们检查了 MC 模型、DPMJET(v3.04)、PYTHIA(v8.145)、QGSJET II(v03)、SIBYLL(v2.1) 和 EPOS(v1.99)。在这个完全未探索的区域中的光谱与我们的预期相差不远，但这些模型无法以令人满意的方式拟合实验数据。光子光谱比许多 MC 模型更软，而强子则显示出更硬的光谱。如果我们考虑通过其他大型强子对撞机实验（ATLAS 和 CMS）获得的中心区域的伪快速度 (η) 分布以及我们的数据，我们可以说所有相互作用模型在大型强子对撞机能量区域中崩溃。 DPMJET 在低能区域是一个非常好的模型，但它的光子光谱比 LHCf 数据困难得多，并且 η 分布在 LHC 能量下突然崩溃。 PYTHIA虽然经过调整以适应LHCη分布，但显示出与DPMJET相似的光子光谱。这些事实表明，我们需要探索几年内预期的最高能量LHC碰撞，以澄清击穿趋势并验证模型，并且构建新的相互作用模型也很重要。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

LHCf実験におけるLPM効果の検証-MCによる解析方法の検討

LHCf实验中LPM效果的验证-使用MC的分析方法的考虑

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
0
作者：
B. Adeva;M. Chiba(10番目);M. Kobayashi(34番目);K. Okada(52番目);F. Takeutchi(69番目);さこ隆
通讯作者：
さこ隆

10^20から10^6eVに渡る空気シャワーシ・シミュレーション

10^20 至 10^6eV 的风淋模拟

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
0
作者：
S. Odaka;Y. Kurihara;Tatsuo Kobayashi;M.Ishiwata;笠原克昌
通讯作者：
笠原克昌

LHCf- un esperimento per la fisica dei raggi cosmici ad LHC

LHCf- LHC 宇宙实验

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
0
作者：
K.Itoh;H.Nakaya;Y.Kawakami;T.Fukatsu;H.Itoh. S.Iwai;T.Sasaki;S.Saito;Y.Naito;O.Adriani
通讯作者：
O.Adriani

LHCf : a Calibration Tool for Cosmic Ray Physics at LHC

LHCf：LHC 宇宙射线物理校准工具

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
Journal of Physical Society of Japan, 78 Suppl A
影响因子：
0
作者：
O. Adriani;L. Bonechi;M. Bongi;G. Castellini;R. D'Alessandro;D.A. Faus;K. Fukui;M. Haguenauer;Y. Itow;K. Kasahara;D. Macina;T. Mase;K. Masuda;Y. Matsubara;H. Menjo;M. Mizuishi;Y. Muraki;P. Papini;A.L. Perrot;S. Ricciarini;T. Sako;Y. S
通讯作者：
Y. S