Simultaneous observation of families and air showers at Mt.Chacaltaya

Abstract

Data of 46 families with the accompanying Air Showers (AS), observed by the combination of the Emulsion Chamber (EC) and the air shower array at Mt.Chacaltaya, are presented. The experimental setup, including the AS array which consists of 40 scintillation detectors and the emulsion chamber of 32 units, is outlined. Size spectrum of total AS observed and the total energy observed in the family were obtained. The AS, which accompanies the family, is looked for in the list by the following two conditions: (1) the burst size is in proportion with the total energy observed in the family; and (2) both arrival directions of the family and Electromagnetic Air Shower (EAS) are in agreement each other with in the range of errors to examine the correlation between families and AS's. Integral energy spectrum of gamma-rays per family for the different intervals of the total energy observed in the family and the size of AS. Comparison with simulation calculation results concludes that a change is necessary in the characteristics of hadron interactions in high energy region equals to or exceeding 10(exp 15) eV.

エマルションチェンバを使用した高山における実験によると、10｛14｝eV以上の高エネルギー領域でのファミリー現象はFeynmanのスケール則に従わない。E0?10｛14｝eVでの前方域におけるスケール則の破れは多重パイオンの生成の直接観測により得られていることから、現在のところ、1次宇宙線中の重い成分によるのではないかとする説が有力である。本報は、ファミリーとそれに付隨する空気シャワーを同時に観測すれば、1次宇宙線の媒介なしに直接両者を比較できると考え、Chacaltaya山にエマルションチェンバと空気シャワーアレイを設置して観測した結果を示したものである。アレイ(シンチレーション検出器40台)とエマルションチェバ(32台)から成る検出器の全体構成を説明した後、以下の事項について実験結果を示した。(1)空気シャワーのサイズスペクトルとファミリーのΣEγスペクトル:密度分布から得られるシャワーのサイズNeとファミリーの総エネルギーの観測値ΣEγを使うと、ファミリーの選択基準は、Ne≧5で、かつΣEγ≧10TeVとなる。現在のところ、この基準を満たすファミリーは46ある。(2)ファミリーと空気シャワーの相関関係:ファミリーのΣEγとシャワーのNe間の相関関係図を示した。この図で特徴的なことは、理論とは異なり、高いNeと低いΣEγを有する事象が存在することで、この点について若干の議論を行った。(3)ファミリー中のγ線のエネルギースペクトル:NeとΣEγに対するファミリー当たりのγ線の積分エネルギースペクトルを示し、この図から、ファミリーがシャワー中の高エネルギーハドロンにより大気中の深い部分で生成されることを説明した。その他、(4)〈ΣEγ〉対Neについて述べた。