宇宙線中の超重核の観測

概要

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気球に搭載した固体飛跡検出器を用いて宇宙線中の超重核の観測を行なって。観測が行なわれた三陸における地磁気による平均カットオフエネルギーは, Z∿50の粒子に対して3.5GeV/amuである。解析に使用した検出器の有効面積と観測時間との積は, 全体で1084.7m^2・hrであった。飛跡の検出にはCNシートを使用し, 核種の同定はCNおよびCTAシートを用いて行なった。アンモニア蒸気法によるスキャン法を用いて, Z≨45の入射粒子による飛跡を7本検出した。気球上層大気中における核破砕による強度の減衰を考慮した結果, 大気頂上における超重核宇宙の強度として以下のような値を得た。Z≨45,E≨3.5GeV/amuにたいして (3.9±1.5)×10^<-6>particles/m^2・sr・sec. 超重核の観測と同時に, 原子核乾板あるいはCR-39を用いて鉄核の観測も行なった。これらの解析から, 大気頂上における鉄核の強度として0.11±0.01particles/m^2・sr・secを得た。超重核と鉄核との強度比は以下のようになる。[Z≨45]/[Fe]=(3.5±1.6)×10^<-5> この値は, 核種グループの違いを考慮すればHEAO-3の[44⪈Z⪈58]/[Fe]の値と良く一致している。一方, Ariel 6による[Z≨50]/[Fe]の結果は, 両者より大きな値を示している。また, 超重核と鉄核との強度比のエネルギー分布については, [Z≨45]/[Fe]の値はエネルギーとともに減少する傾向を示し, HEAO-3の結果も多少の減少傾向を示しているのに対して, Ariel 6の結果は比の値がエネルギーとともに増加する傾向を示している。発生源から地球近傍に到達するまでの伝播過程における宇宙線と星間媒質との相互作用による, 宇宙線のエネルギースペクトルの変化を計算した。地球近傍で観測されるZ≨45の宇宙線中には伝播中に核衡突で生成された2次粒子が豊富に存在する。このためZ≨45の粒子のエネルギースペクトルの形は, 1次粒子が大部分を占める鉄核のものとは異なることが明らかになった。すなわち, 超重核宇宙線のエネルギースペクトルの形は, 2次粒子を生成する核衡突の微分断面積のエネルギー依存性を反映するが, 鉄核の場合にはその効果はきわめて小さい。さらに, 質量数Aが78以上の粒子が陽子と衡突する際に10⪈⊿A⪈40の粒子を生成する微分断面積は, 1GeV/amuにピークを持つ。したがって, この断面積がエネルギーとともに減少する1∿3GeV/amuにおいて, 地球近傍で観測される宇宙線の[超重核]/[鉄核]の値が減少することになる。この結果は, Ariel 6を除く観測が示す[超重核]/[鉄核]のエネルギー分布を説明し, 超重核と鉄核のエネルギースペクトルの差を, 宇宙線の伝播の効果から解消可能であることを示した。
宇宙航空研究開発機構の論文

著者

柳町朋樹
立教大学理学部

宇宙線中の超重核の観測

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