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符合计数法测量宇生μ子的通量

2021-03-10林海星宁云松

物理实验 2021年2期
关键词:测量信号实验

林海星,宁云松,陈 羽,唐 健

(中山大学 物理学院,广东 广州 510275)

测量宇生μ子通量是近代高能物理中探究μ子性质的重要途径之一,在使用单个塑料闪烁体进行测量时,由于背景噪声等影响,需要设定合理的阈值对低能量噪声进行筛选,因此直接测量的方法会导致测量精度下降. 本文采用符合计数的方法,通过探测同时通过2块塑料闪烁体时产生的关联信号确定μ子通量,在一定程度上提高了μ子通量测量结果的精度及置信度. 同时,本实验还探究了塑料闪烁体板间距对结果的影响,并采用符合计数的方法测量了宇生μ子分布与天顶角的关系.

1 宇生μ子

宇宙线是来自宇宙的高能粒子流,能量跨越了109~1020eV. 在TeV能量段,宇宙线由质子(约占79%)、氢核(约占14%)、重子(约占5%)、电子(少于1%)和光子(少于0.1%)组成[1]. 初级宇宙线的高能粒子进入大气层,与大气层中的粒子相互作用会产生次级粒子,次级粒子又与其他粒子碰撞产生新的次级粒子. 这些次级粒子经历散射和吸收,能量衰减,持续地横向纵向发展为级联现象. 次级粒子数目增加至极大值后开始减少直到级联结束[2]. 由于次级宇宙线分布范围在102~106m2的面积上,故又称这种级联现象为广延大气簇射.

宇生μ子不参与强相互作用,穿越大气层等介质过程中主要发生电离能量损失,μ子的平均寿命约2.2 μs. 不考虑相对论效应,μ子的平均飞行距离约为468 m. 实际上,宇生μ子绝大部分处于高速运动,相对论效应不可忽略,时间延缓效应……

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