0bservation of characteristics of cosmic-ray hadron interactions in uniform-type thick lead chambers at Pamir, 2

Abstract

This report describes the experimental results on the characteristics of atmospheric and local hadron interactions through the observation of high energy cosmic-ray hadrons in uniform-type thick lead chambers (containing 60 cm-thick lead) exposed at Pamir. The global feature of atmospheric hadron interactions through the observed cosmic-ray hadron flux were studied by comparing it with the simulation calculation results. The simulations are conducted on the models constructed on the basis of the knowledge obtained in lower energy accelerator experiments. Two of the models, both of which assume scaling type pion multiple production, are studied. Observed hadron-induced showers belong to either of the two categories, due to singly arriving hadrons and those associated with families. A 'family' is defined as a group composed of at least two parallelly arriving showers satisfying the condition in which their respective visible energies are not less than detection threshold energy. The cosmic-ray has been repeatedly studied at high mountain altitudes, Charataya and Pamir, with various types of chambers, and the flux value obtained at the Pamirs in this experiment is consistent. It is quite striking that not only high energy cosmic-ray family flux but also hadron flux is much smaller than expected value on the extrapolation of the knowledge on hadron interactions observed in the lower energy accelerator experiments.

厚い鉛を入れた均一型チェンバ(鉛の厚さ60cm)をPamirで曝露し、大気中と局所におけるハドロン相互作用の特性を調べた結果を以下の事項について示した。(1)宇宙線ハドロン・フラックス:宇宙線ハドロン・フラックスが大気中を通過する際のハドロンの相互作用の性質を理論値と観測値について比較した。理論値は低エネルギー加速器実験から得たデータに基づいて算出したもので、UA5とMSFの両モデルを使用した。Pamirにおけるハドロン可視エネルギーEh｛(γ)｝の理論値と観測結果を積分型式で示し、ガンマ線非弾性度kγが結果にどのように影響するかを調べた。何れのモデルでも、理論値は同じ傾向を示したが、フラックスの観測値は理論予測値を大幅に下回わり、例えば、kγ=0.15でEh｛(γ)｝=10TeVでは少なくともファクタにして3も乖離していることがわかる。この傾向はΣE｛(γ)｝≧100TeVの高エネルギー宇宙線ファミリーのフラックス値にも見られるものであり、この2つの結果から、大気中を透過する宇宙線ハドロンのエネルギー消散は、低エネルギー加速器実験から判明している通常の多重パイオン生成型ハドロン相互作用に基づく理論値とは著しく異なることがわかった。(2)直達ハドロンとファミリーに伴うハドロン:大気上層部に入射する68000の宇宙線1次粒子に対して行った計算では、観測宇宙線ハドロンの60?70％しか直達しないという結果になったが、実測では90％以上が直達した。この差は統計的ゆらぎを遥かに超えるものである。(3)厚い鉛の入れた均一型チェンバ中の宇宙線ファミリー:Efamily≧50TeVをもつファミリー14種を発見した。そのエネルギーの積分スペクトルを図示し、実験式を与えた。