利用西藏羊八井ARGO實驗研究宇宙線與大氣電場的關聯

《利用西藏羊八井ARGO實驗研究宇宙線與大氣電場的關聯》是依託西南交通大學，由賈煥玉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：利用西藏羊八井ARGO實驗研究宇宙線與大氣電場的關聯
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：賈煥玉
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

宇宙線由於受到太陽活動調製其強度發生變化，這可能導致地球天氣和氣候的變化，對此重大問題需要進行深入研究。大氣電場變化可以提供天氣和環境等變化的重要信息，是一個重要的氣象參量，本項目旨在利用西藏羊八井ARGO實驗研究宇宙線與大氣電場的關聯，期望為上述問題的解決提供重要線索。通過測量宇宙線福布希下降期間西藏羊八井大氣電場的變化來研究宇宙線對青藏高原局域大氣電場的影響；利用大氣電場來記錄發生在羊八井的雷暴事件，通過ARGO實驗的宇宙線計數數據尋找雷暴期間宇宙線強度的變化，特別是這種宇宙線變化與閃電的相互關係，來討論大氣電場對宇宙線在地球大氣中的相互作用及傳播過程的影響，分析宇宙線在閃電形成中的作用；考慮大氣電場的影響，利用蒙特卡羅方法模擬計算大氣中的宇宙線次級帶電粒子在羊八井的分布，比較模擬和實驗觀測結果，為討論分析大氣電場、雷暴閃電和宇宙線相互影響的可能物理機制提供基本信息。

結題摘要

在國家自然科學基金的支持下，我們在有關雷暴期間大氣電場與地面宇宙線計數率關聯方面做了一些工作，在國內外學術刊物和國際會議上共發表了13篇學術文章。利用西藏羊八井宇宙線觀測站全覆蓋陣列ARGO-YBJ實驗統計了2011年和2012年夏季雷暴期間，大氣電場對EAS次級粒子計數率變化的影響，並給出了兩者之間的相關性。結果顯示大氣電場劇烈變化期間，宇宙線廣延空氣簇射（EAS）次級粒子計數率有顯著的變化。能量較低的低多重數模式（scaler模式）下的n=1和n=2兩道宇宙線計數率，在大氣電場劇烈變化時有顯著上升；n≥4道計數率和shower模式記錄的n≥20的計數率在雷暴期間大氣電場劇烈變化時具有明顯下降。對宇宙線粒子在空氣中的相互作用和傳播過程進行了全蒙特卡羅模擬，在模擬過程中主要計算和考慮不同大氣電場分布對宇宙線廣延空氣簇射次級粒子的影響。模擬計算結果顯示，在400-600V/cm電場範圍內，宇宙線EAS次級粒子中正負電子數目變化與原初宇宙線粒子能量有關。宇宙線原初粒子能量小於80GeV時，宇宙線EAS次級粒子中正負電子數目增加；能量小於80-120GeV時，次級粒子中正負電子數目無明顯變化；能量大於120GeV時，次級粒子中正負電子數目減少。這些結果合理地解釋了ARGO實驗關於大氣電場劇烈變化的雷暴期間宇宙線次級粒子計數率的觀測現象。宇宙線時間變化方面，太陽磁場對宇宙線具有重要調製效應。利用國際開放的太陽磁場數據分析發現在太陽活動極大期間，太陽磁場27天周期最為顯著，太陽活動極小期間13.5天周期最為顯著。為將來利用LHAASO實驗進一步詳細觀測研究雷暴期間宇宙線的變化和探討變化的物理機制，我們對天體物理中的高能伽馬射線輻射機制進行了研究。就LHAASO對AGN探測的數目做了估計，並且給出了一些AGN的能譜和光變曲線的預測，還利用這些預測的能譜對河外背景光（EBL）的強度做出了限制。這些結果已被國內外相關領域學者關注和引用，對相關領域的研究產生了一定推動作用。在人才培養方面，7位同學獲得了碩士學位。