Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 1998
Programm und Abstacts der Sitzung T 104

•J.R. Hörandel und J. Engler für die KASCADE-Kollaboration
Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Kernphysik I, Postfach 3640, 76021 Karlsruhe, E-Mail: joerg@ik1.fzk.de

Mit dem 320 m² großen Hadronkalorimeter des Experimentes KASCADE wurden die Kerne von Luftschauern im Energiebereich von 0.2 bis 40 PeV untersucht. Das Kalorimeter erlaubt es, einzelne Hadronen nachzuweisen und zu trennen, sowie deren Energie, Auftreffort und Richtung zu bestimmen. Die Tiefe des Kalorimeters von 11 l_I und die Verstärkerelektronik erlauben es, Hadronen bis zu einer Energie von 20 TeV und Schauerkerne bis zu Primärenergien von 10 PeV ohne Verluste durch Leakage und Sättigungserscheinungen zu messen. Die Schwelle liegt bei 50 GeV. Die Meßdaten werden bezüglich folgender drei Fragestellungen diskutiert:

a) Existiert das "`Knie"' im Hadronspektrum? Erstmalig ist das Flußspektrum in der Anzahl der Hadronen gemessen worden. Es zeigt bei einer Energie von etwa 3 - 4 PeV eine deutliche Änderung des Spektralindex. Die Werte wurden zu g₁ = 2.72±0.04_stat±0.14_syst unterhalb und g₂ = 3.02±0.09_stat±0.16_syst oberhalb des Knies bestimmt.

b) Welches Wechselwirkungsmodell beschreibt die Daten am schlüssigsten? Es werden verschiedene Observablen der hadronischen Komponente vorgestellt, anhand derer die Qualität von drei Modellen beurteilt wird. Dabei werden die Ereignisse nach der Schauergröße der myonischen, der elektromagnetischen und der hadronischen Komponente klassifiziert. QGSJET beschreibt die Daten sehr gut. Für VENUS ergeben sich in einigen Observablen Abweichungen bei der Klassifikation der elektromagnetischen Schauergröße. SIBYLL zeigt erhebliche Abweichungen insbesondere bei der Korrelation mit der myonischen Schauergröße.

c) Bestimmung der Elementzusammensetzung. Erstmals konnte die Zusammensetzung unter Verwendung der hadronischen Komponente ausgedehnter Luftschauer untersucht werden. Dabei zeigen alle Observablen einen einheitlichen Trend zu einer schwereren Zusammensetzung mit zunehmender Energie. Die mittlere Masse wird als Funktion der Primärenergie angegeben und diskutiert.

•D. Heck¹ und J. Knapp² für die KASCADE-Kollaboration
²Universität Karlsruhe, Institut für Experimentelle Kernphysik, Karlsruhe
¹Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Kernphysik III, Karlsruhe

Mehrere existierende oder im Bau befindliche Experimente sind an der kosmischen Strahlung in der Nähe der Greisen-Zatsepin Grenze interessiert. Neben der Messung der Teilchenenergie rückt verstärkt auch die Identifikation der Primärteilchen in den Vordergrund. Beides gelingt durch Vergleich der Meßgrößen mit einem Luftschauermodell, das die Wechselwirkung und den Transport der Schauerteilchen in der Atmosphäre beschreibt. Das CORSIKA-Programm stellt ein solches Modell dar. Es enthält 5 hadronische Wechselwirkungsmodelle, drei davon (QGSJET, DPMJET, SIBYLL) sind in der Lage, Wechselwirkungen bis zu Energien von > 10²⁰ eV zu simulieren. Die Monte Carlo Simulation von ausgedehnten Luftschauern bei Energien > 10¹⁶ eV erfordert jedoch Rechenzeiten, die überproportional mit der Energie ansteigen und rasch die Grenze des Machbaren übersteigen. Statistisches Ausdünnen der niederenergetischen Sekundärteilchen (`thin sampling') reduziert die Rechenzeit drastisch. Dabei wird nur eines der bei einer Wechselwirkung produzierten Teilchen mit einem geeigneten statistischen Gewicht versehen und weiterverfolgt, alle anderen werden verworfen. Die in CORSIKA realisierten Stufen zur Ausdünnung werden erläutert und ihr Effekt auf die Simulationsergebnisse und den Rechenzeitgewinn diskutiert.

•T. Holst und J. Engler für die KASCADE-Kollaboration
Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Kernphysik I, Postfach 3640, 76021 Karlsruhe

Mit dem zentralen Hadronkalorimeter des Experimentes KASCADE wurde die Lateralverteilung von Hadronen bis zu Abständen von 100 m zur Schauerachse bestimmt. Die Verteilungen werden für Energieschwellen von 50 GeV bis 500 GeV angegeben und mit Simulationsrechnungen des Programms CORSIKA verglichen. Es ergibt sich im Rahmen der statistischen Fehler eine gute Übereinstimmung. Die Verteilungen lassen sich gut durch eine NKG-Formel beschreiben, wobei der dem Molière-Radius entsprechende Parameter zwischen ca. 10 m und 50 m variiert. Aus dem Studium der Winkelabängigkeit der Flüsse ergeben sich Abschwächungslängen von ca. 170 \fracgcm², deren Abhängigkeit von der Hadronenergie untersucht wird.

•G. Schatz, D. Heck und J. Oehlschläger für die KASCADE-Kollaboration
Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Kernphysik III, Karlsruhe

Die Elektronenzahl ('Schauergrösse') von EAS unterliegt besonders grossen Fluktuationen, wenn das Primärteilchen ein Proton ist. Simulationen mit CORSIKA zeigen, dass die Grössenverteilung einen annähernd exponentiellen Ausläufer zu grossen Werten hin zeigt, wenn die Beobachtungshöhe unterhalb ca. 3000m liegt. Wegen des steil abfallenden Spektrums kann dieser Ausläufer, der einige Prozent der Ereignisse betragen kann, die Analyse merklich verfälschen. Genauere Betrachtungen zeigen, dass der Ausläufer von Schauern herrührt, die sich ungewöhnlich spät entwickeln, weil der erste Stoss erst tief in der Atmosphäre stattfindet oder diffraktiv verläuft. Es wird die Frage untersucht, ob sich derartige Ereignisse mit Hilfe einer Analyse der Lateralverteilung identifizieren lassen.

•A. Haungs¹, J. Kempa², H. Rebel¹, H.-J. Mathes¹ und J. Wentz¹ für die KASCADE-Kollaboration
¹Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Kernphysik III, Karlsruhe
²University of Lodz, Institute of Physics, Lodz, Poland

Der Zentraldetektor des KASCADE-Experimentes bietet mit seinen vier Detektorkomponenten Kalorimeter, Vieldraht-Proportionalkammern, Szintillatorebene und Top-Cluster auf einer Fläche von 16 ·20 m² sehr gute Möglichkeiten den Core hochenergetischer Luftschauer zu untersuchen. Eine Analyse multifraktaler Momente der Verteilungen der in der Atmosphäre oder im Zentraldetektor erzeugten Sekundärteilchen in den Vieldraht-Proportionalkammern [1,2] wird benutzt, um die Schauer in verschiedene Klassen der Masse des Primärteilchens einzuteilen; weitere KASCADE-Observable, wie Schauergröße, Myonzahl, hadronische Energie, usw., werden dann auf ihre Massenabhängigkeit und Massensensitivität untersucht.

[1] A.Haungs et al., Nucl. Instr. Meth. A 372, 515 (1996)

[2] A.Haungs et al., Proceedings 25^thICRC, Durban, 4, 101 (1997)

•H. Krawczynski für die KASCADE-Kollaboration
MPI für Kernphysik,
Saupfercheckweg 1, D-69117 Heidelberg

HESS (High Energy Stereoscopic System) ist ein in der Planung befindliches System von zuerst 4, später 16, abbildenden Tscherenkov-Teleskopen für die Hochenergie-g-Astronomie. Das System soll vor allem stereoskopische Beobachtungen ermöglichen.

Die Teleskope, jeweils ausgestattet mit einem 80 m² Spiegel mit 12 bis 15 m Fokallänge und einer, zumindest in der ersten Phase, konventionellen PMT-Kamera, werden in einem Abstand von etwa 100 m untereinander angeordnet sein.

Die Empfindlichkeit des Systems für den Nachweis von g-Quellen wird, bei einer Energieschwelle von 100 GeV oder darunter und einer Winkelauflösung für einzelne Photonen von besser als 0.1^°, um eine Größenordnung höher sein als die der derzeit besten Teleskop-Systeme.

Die stereoskopische Beobachtungstechnik wird hochauflösende Spektroskopie mit einer Energieauflösung für einzelne Photonen von 20% ermöglichen.

•M. Roth¹, A.A. Chilingarian², H.J. Gils¹ und H. Rebel¹ für die KASCADE-Kollaboration
¹Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Kernphysik III, Karlsruhe
²Yerevan Physics Institute, Yerevan, Armenia

Zur Analyse der EAS-Daten des KASCADE-Experiments werden moderne Analyseverfahren wie Neuronale Netze und BAYES-Klassifizierer angewandt. Unter Zuhilfenahme dieser Techniken werden nicht nur die primäre Masse, sondern auch die primäre Energie bestimmt. Es soll der Weg zur Massen- und Energiebestimmung aufgezeigt und eine erste Analyse gemessener Daten (Komposition und differentielles Energiespektrum) dargestellt werden.

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Zuletzt geändert am 14.08.1998

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