ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Развертывание 5 новых оптических станций и модернизация 3 старых. (Установка новых быстрых предусилителей, новых высоковольтных источников и новых контроллеров управления). Подключение оптических станций к новой системе сбора, позволяющей осуществлять оцифровку сигналов с ФЭУ с шагом 1 нс (в установке Тунка-133 – 5 нс) и точностью синхронизации 1 нс. Создание математического обеспечения для анализа данных, включающее получение ФПР для гамма-квантов и ядер в области энергий в десятки ТэВ. Определение точности восстановления положения оси ливня, угла прихода, энергии и глубины максимума и т.д. В качестве базового подхода будут использоваться алгоритмы, разработанные в эксперименте Тунка для анализа ШАЛ от протонов и ядер, но, очевидно, потребуется настройка алгоритмов на детектирование гамма-квантов в области энергий в десятки ТэВ. Осуществить развертывание семи сцинтилляционных детекторов для регистрации электронов ШАЛ и первого мюонного детектора. Расчет ожидаемого потока диффузного гамма-излучения в феноменологически разрешенных моделях с нарушением Лоренц-инвариантности. Рассмотрены физические процессы, возможные в теориях с нарушением Лоренц-инвариантности. Такими процессами, ключевыми для регистрации фотонов на установке Тунка-HiSCORE являются: распада фотона на электрон-позитронную пару, распад фотона на три фотона, рождение электрон-позитронной пары фотоном в кулоновском поле ядра. Последний процесс разрешен в Стандартной модели и является основным каналом первого взаимодействия первичного фотона в атмосфере. Модификация его сечения в теориях с Лоренц-нарушением может приводить к тому, что гамма-квант будет проходить сквозь атмосферу не взаимодействуя. Показано, что регистрация нескольких гамма-квантов с энергией выше 300 ТэВ на установке Tunka-HiSCORE позволит установить наиболее сильные ограничения на параметры Лоренц-нарушения. В частности, будет установлено, что относительное отличие предельной скорости электрона от скорости света не будет превышать 5*10^-18, а масштаб квадратичного нарушения в дисперсионном соотношении электронов и фотонов будет выше 10^-5 от планковского масштаба, что ограничит ряд теорий квантовой гравитации, основывающихся на том, что симметрия Лоренца не является фундаментальной. С другой стороны, если симметрия Лоренца нарушается на планковском масштабе, важным процессом будет расщепление фотона на три фотона. Такой уровень нарушения не исключен современными экспериментами, но приводит к интересным следствиям для гамма-астрономии. Показано, что если Лоренц-нарушение для лептонов на порядок сильнее нарушения для фотонов (то есть, например, для лептонов масштаб нарушения совпадает с планковским, а для фотонов - на порядок выше), фотоны, рожденные в реакции Грейзена-Зацепина-Кузьмина (ГЗК-фотоны) будут расщепляться, спускаясь по энергии до 10^17 эВ. В предположении протонного химического состава космических лучей вблизи порога ГЗК показано, что доля фотонов на энергии 10^17 эВ по отношению к общему потоку космических лучей составит 10^-4 - 10^-2, что может объяснить недавний результат установки ШАЛ МГУ, наблюдавшей фотоны на таких энергиях. В этом случае диффузные фотоны смогут быть зарегистрированы установкой Тунка-133 с энергиями 10^16 - 10^17 эВ. Таким образом, показано, что эксперимент позволит, с одной стороны, установить наиболее жесткие ограничения на параметры Лоренц-нарушения, а с другой стороны, позволит потенциально обнаружить следствия более тонкого Лоренц-нарушения, если оно имеет место.
Развертывание 5 новых оптических станции и модернизация 3 старых. В действительности было развернуто 6 новых станций и модернизировано 3 старых. С начала ноября работает установка из девяти черенковских станций. (см. рис.1). В каждой станции расположены по 4 ФЭУ R5912 с диаметром фотокатода 20 см. Для увеличения площади регистрации используются конуса Винстона с диаметром входного окна 40 см. Форма анодного и динодного сигналов оцифровывается с шагом 0.5 нс, с помощью новых измерительных каналов на основе микросхемы DRS-4. Точность временной синхронизации между отдельными станциями менее 1нс. Создание математического обеспечения для анализа данных. В качестве базового подхода использовались алгоритмы, разработанные в эксперименте Тунка-133 для ливней от ядер с энергиями более 1 ПэВ, и эти алгоритмы были адаптированы для ливней черенковского света от гамма-квантов относительно низких энергий 10-300 ТэВ. Настройка алгоритмов и проведение оценки точности определения оси ливня, точности определения угла прихода ливня, эффективности регистрации проводилась по симулированным по программе CORSIKA ливням от гамма-квантов и ядер в области энергий 10-300 ТэВ. Рассматривались две конфигурации установки. В первой конфигурации 64 станции расположены в узлах квадратной сетки с шагом 150м на площади 1 км^2 . Во второй конфигурации к 64 станциям добавляются еще 49, устанавливаемые в центре квадратов образуемых первыми станциями. Для определения оси и угла прихода ливня используется информация о времени прихода черенковского света в каждый i- ый детектор . Разработан алгоритм обработки каждого импульса (число фотонов от времени) на фоне ночного неба с учетом аппаратурных функций и флуктуаций фона. Импульс характеризуется рядом параметров: площадью, шириной на полувысоте, t0.25 -задержкой фронта, на уровне 0.25 от полной амплитуды. По искусственным событиям найдено, что задержка фронта в каждом ливне хорошо описывается функцией t0.25=3.33*((R+200)/185)2, где R- расстояние до оси ливня. Ось ливня в первой итерации находится как взвешенный центр по площадям импульсов (пропорциональных полному числу фотонов на данном расстоянии) в каждом детекторе. Далее происходит определение оси и угла прихода ливня минимизацией функционала одновременно по всем параметрам. Разработанная процедура определения параметров тестировалась на симулированных событиях. Точность определения угла, оси и эффективности регистрации при фиксированной энергии является число сработавших детекторов, в которых черенковский сигнал превышал фон неба, которое зависит от расстояния между станциями и пороговой плотности черенковского света в одной оптической станции. Эта пороговая плотность была определена по скорости счета одной оптической станции. В настоящий момент после коррекции положений фотоумножителей в станции она колеблется от 10 до 16 герц, что соответствует плотности 0.20-0.25 черенковских фотонов на см^2. С указанными параметрами были получены точности определения углов ливня, эффективность и точность определения оси ливня для установки для двух конфигураций ( 64 и 113 станций) 64 . Получены следующие выводы. Для базовой установки из 64 детекторов эффективный порог регистрации составляет около 50 ТэВ, точность определения угла прихода ливня около 0.25 градусов в припороговой области и достигает 0.1 градуса при энергии 200 ТэВ. Точность определения оси составляет около 22 м в пороговой области и улучшается до 13 м при энергии 200 ТэВ. Введение дополнительных 49 детекторов, позволяет при тех же параметрах оптической станции снизить порог регистрации до 20-25 ТэВ (с точностью определения угла прихода ливня ~ 0.2 в пороговой области). Развертывание первых семи сцинтилляционных детекторов Для подготовки к поиску гамма-квантов сверхвысоких энергий (выше 10^16 эВ) развернуты первые семь сцинтилляционных станций и один детектор мюонов для совместной работы с черенковской установкой Тунка-133. В июле 2013 года в Тункинскую долину были перевезены сцинтилляционные детекторы установки KASCADE-Grande общей численностью 380 шт. Площадь каждого детектора 0.64 м^2. Общая концепция сцинтилляционной станции приведена на рис. 2. Станция должна состоять из наземной части для регистрации электронно-фотонной компоненты ШАЛ и подземной для регистрации мюонов. Согласно проведенному моделированию и исходя из полного числа сцинтилляционных детекторов число сцинтилляционных детекторов в наземной части выбрано равным 12-ти, а в подземной части равно 8-ми. В настоящее время сцинтилляторы установлены в 7 домиках, а у одного домика вырыт подземный бункер и установлены мюонные детекторы. Толщина грунта 1.3 м. Структурная схема электроники сцинтилляционной станции во многом совпадает с электроникой кластера установки Тунка-133. Дополнительным является наличие сумматора сигналов и 2-х 10-ти канальных блоков высокого напряжения для фотоумножителей. Станция может передавать информацию как при поступлении «внешнего» триггерного сигнала от ближайшего кластера установки Тунка-133, так и от «локального» триггера. Условие выработки локального триггера – срабатывание по крайней мере 2-х детекторов станции в пределах 100 нс. Каждая станция подключена 2-х жильным оптоволоконным кабелем к ближайшему кластеру и, далее, по сводным оптическим жилам кабеля, связывающего этот кластер с центром. Информация со сцинтилляционной станции передается в центр. Создание каталога гипотетических источников гамма-квантов высокой энергии Для точного расчета ожидаемого времени наблюдения и оценки числа зарегистрированных гамма-квантов с энергией более 20 ТэВ, которые в принципе могли бы наблюдаться на обсерватории Тунка-Hiscore, создан сводный каталог источников. Расчетное время получалось из следующих соображений. Черенковские телескопы могут работать только в безлунные ясные ночи и регистрировать гамма кванты от источников, находящихся в поле зрения телескопа, которое зависит от времени наблюдения Tobs на данной широте (для HiSCORE S=51.8о ? ?obs), где ?obs определяется эффективным азимутальным углом наблюдения (для Hiscrore ?obs ~25-30о) при вертикальном расположении детекторов. В HiSCORE предусмотрена возможность наклона детекторов телескопа к югу или к северу, чтобы захватить несколько важных источников, таких как Крабовидная туманность, остаток сверхновой IC443 , пульсар J0631.8+1034 и Geminga, SNR W51C J1923.0+1411, SNR G54.1+0.3 (от которых зарегистрировано излучение с энергией ~10-20 ТэВ в эксперимете MIlagro. Перечислим характеристики наиболее интересных для наблюдения источников Crab (остаток сверхновой + PWN). Крабовидная туманность - наиболее яркий из зарегистрированных источников, являющийся “стандартной свечой” в гамма-астрономии, поэтому он будет измерен первым. На широте Hiscore Crab хорошо виден только при наклоне телескопа к югу на 25 градусов. Полное время наблюдения за сезон составляет около 100 часов Остаток сверхновой Тихо Браге (J0025+641Ожидается около 80 частиц с энергией более 20 ТэВ. Если экстраполировать от одного ТэВ с наклоном Г=1.95, и ~50 событий с энергией выше 35 ТэВ Кассиопея А (SNR Cas A, G111.7-2.1), один из самых интересных молодых остатков, относящихся к сверхновым типа IIb, которые, часто сопровождаются гамма-всплесками, как сверхновая SN1993J.Расчет времени наблюдения 133 часа для вертикального телескопа, при этом ожидается 32 события, и 177 часов для телескопа, склоненного к северу на 25 оh ~ 40 событий Boomerang PWN, SNR G106.6+2.9, (J2229.0+6114) . Кометообразный неточечный и близкий (~0.8 кpc) к Земле остаток сверхновой G106.6+2.9, включающий PWN, пульсарную туманность с идентифицированным пульсаром, возраст которого около 10 тыс. . Поток аппроксимируется степенной функцией F(1 TeV)=(1.42 +0.33 +0.41)* 10-12cm-2 s-1TeV-1 с показателем Г=2.29 +0.33 +0.30 70.9 +10.8 вплоть до 35 ТэВ. . CTA 1 (остаток сверхновой + PWN) с четко выраженной оболочечной структурой и пульсарной туманностью внутри . Это самый северный из известных источников, со склонением 72.8 o, поэтому очень интересен для наблюдения HISCORE. Кроме того, он расположен на достаточно близком расстоянии 1.4+-0.3 крс и является не очень молодым T~ 13 тыс. лет. VERITAS зарегистрировал поток F(1 Tev)~ 1.3 10-12cm-2 s-1TeV-1 c Г~2.3. Cygnus область является ближайшей (~ 1.7 кпс) областью активного звездообразования, содержащей огромное количество HII областей, Вольф –Райет звезд, ОВ ассоциаций, остатков сверхновых, пульсарных туманностей. Область склонений 37-41 градусов (прямых восхождений RA=305-310o), в которой телескоп Милагро обнаружил несколько источников высокоэнергичных гамма-квантов при энергии 35 ТэВ и 20 TeV является очень перспективной и для исследования космических лучей по гамма-излучению установкой HiSCORE, хотя время наблюдения за сезон для телескопа составляет около 50 часов, однако ожидаемая статистика высокоэнергичных гамма-квантов N(>E) доступна измерению. Исследование моделей с Лоренц-нарушением в электромагнитном секторе с потенциально наблюдаемой величиной потока диффузного гамма-излучения. Полученные за отчетный период важнейшие научные результаты: Для подготовки к поиску локальных источников гамма-квантов Тэв-ных энергий осуществлено развертывание 9 оптических станций широкоугольного гамма-телескопа Тунка- HiSCORE и показано, что энергетический порог установки и угловое разрешение соответствуют ожидаемому. Создано программное обеспечения для анализа данных и проведен предварительный анализ данных. Полученный предварительный энергетический спектр космических лучей в диапазоне 10^14-10^15 эВ. Для подготовки к поиску гамма-квантов сверхвысоких энергий (выше 10^16 эВ) развернуты первые семь сцинтилляционных станций и один детектор мюонов для совместной работы с черенковской установкой Тунка-133. Создан каталог источников гамма-квантов высоких энергий, доступных для исследования в северном полушарии с помощью Тунка-HISCORE
НИИ ПФ ИГУ | Соисполнитель |
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Эксперимент Тунка – поиск гамма-квантов высоких энергий |
Результаты этапа: | ||
2 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Эксперимент Тунка – поиск гамма-квантов высоких энергий |
Результаты этапа: | ||
3 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Эксперимент Тунка – поиск гамма-квантов высоких энергий |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".