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γ暴是来自宇宙空间的γ射线,在短时间内突然增强的现象。现已发现的光子能量主要集中在10KeV-10GeV能区,能谱是非热的幂率谱,在高能端并未见截断;在已发现的几千个γ暴中,仅有3个暴的光子能量超过1GeV,且光子的最高能量是18GeV;理论预期甚至存在TeV能区的γ暴。γ暴中的高能光子存在问题是揭开γ之谜的关键,因此进一步寻找~GeVγ暴,收集更多的样本,是当今γ暴科学研究的重大的问题之一。ARGO-YBJ实验位于海拔4310米的西藏羊八井镇,是由单层的气体探测器Resistant Plate Chamber(RPC)全覆盖构成,中心区探测面积达到5600平方米。运行在在计数模式下的Single ParticleTechnique(SPT),对光子的探测阈能达到~1GeV。为了论述的方便,对运行在计数模式下的SPT沿用习惯的称谓-单粒子,与传统的EAS阵列相比较,用单粒子寻找~GeV的γ暴具有十分明显的优势。
为了保持论文的整体性,对于用羊八井中子监测器和太阳中子望远镜数据进行的太阳宇宙线的研究的重要内容没有搜集在内,同时,没有包括进来的还有对ARGO-YBJ实验的事例率的研究。本论文中论述了单粒子数据监测过程中的重要研究内容之一,发现相当一部分Cluster的≥2的道的计数率成100的整数倍的增加或减少是因为RPC内相邻Pad上的成对Strip连接在一起。为增进对数据的理解和进一步找暴做准备,对单粒子4个道的本底宇宙线的计数率、有效面积、能量范围和光子的有效面积等作了模拟。为了进一步对寻找长暴做好准备,用两种方法得到一致的气压和温度修正系数。最后,估计了单粒子易于探测到的γ暴的类型,用单粒子数据寻找了与卫星相符合的在羊八井视场内的γ暴。具体内容如下:
第一部分是引言,讨论了GeVγ暴的高能辐射的观测的重要性和目前的观测现状以及ARGO-YBJ的单粒子数据寻找GeVγ暴的优势。
第二部分,相关γ暴背景知识的简单介绍,主要从现有的观测结果和理论模型方面来介绍,同时介绍了γ暴的高能部分的观测和辐射机制。
第三部分是有关ARGO-YBJ实验的知识。首先简单介绍了广延大气簇射的基本知识,然后对ARGO-YBJ实验的各个部分做了简单论述,其中有RPC的静态测试,动态测试等研究。
第四部分,主要介绍了单粒子数据监测的方法、监测过程中发现的问题、和已经解决的问题。
第五部分,是对单粒子的模拟研究。利用CORSIKA和ARGOG程序包,结合原初宇宙线能谱,考虑了足够大的投点面积及足够大的统计量,并对所做的结果依据实验数据作出修正,得出了与单粒子的4个道的实验数据相一致的宇宙线本底的计数率和对应探测器的有效面积,不同能量的γ光子对应探测器的有效面积以及单粒子的4个道的典型流强上限。
第六部分,是利用单粒子的数据寻找与卫星相符合的~GeVγ暴。首先依据卫星数据,寻找出在羊八井视场内的γ暴。由于γ暴分为长暴和短暴,由此给我们的数据带来不同的处理办法。对于短暴,根据T90算出信号的统计显著性超出σ,如果σ大于5,则近一步判断该信号是否由暴引起,否则求出其流强上限。对于长暴,在算出信号的统计显著性之前,要对数据进行气象效应的修正。用两种方法研究了单粒子数据的气象效应,对于≥2、≥3、≥4道,求出相应的修正系数,通过比较得出了其数据与ASγ实验的单粒子、羊八井太阳中子望远镜相一致的行为,对于≥1道,由于其复杂性,在目前的实验条件下仍无法利用全部的数据进行宇宙线方面的研究。根据暴的T90对应的数据,从2004.12到2007.3,单粒子没有探测到γ暴。
最后,也就是第7章,是总结和展望,首先对我的博士论文工作作了简单的小结,然后根据我自身的体会展望了羊八井观测站的ARGO-YBJ实验和羊八井的宇宙线事业