Electron Light Source를 이용한 Telescope Array 실험의 초고에너지 우주선 에너지 보정 연구

Abstract

우리는 새로 개발된 광원인 Electron Light Source (ELS)를 이용하여 Telescope Array (TA) 실험의 형광관측기 (Fluorescence Detector; FD))로 부터 관측된 초 고 에너지 우주선 (Ultra High Energy Cosmic Ray; UHECR) 에너지 보정과 그 측정 계통오차 개선을 위한 연구 수행 하였다. ELS는 전자 선형 가속기를 이용하여 세계최초로 시도 되는 에너지 보정 광원으로 TA 실험 Black Rock Mesa FD관측소 100미터 앞에 설치되어 40 MeV 전자 빔을 대기중으로 쏘는 장치이다. ELS의 전자빔과 대기 분자들과 상호작용으로 형광이 발생하는데 그 형광을 TA의 FD가 관측하게 된다. 이러한 FD의 ELS 빔으로 부터 나온 형광을 관측하는 과정은 UHECR과 대기분자간의 상호작용에 의해 생성된 대기 샤워로 부터 나온 형광의 관측과 같다. 그로므로 ELS 하나의 광원으로 형광발생 부터 FD에 의한 관측까지 과정의 분석할 수 있어 에너지 보정 및 계통오차 개선을 수행 할 수 있게 된다. 에너지 보정은 ELS 데이터(DATA)와 현재 TA 실험이 사용하고 있는 UHECR 에너지 측정에 필요한 매개 변수 및 모델을 사용한 몬테 카를로 시뮬레이션(MC)의 비교(DATA/MC)로 측정 한다. 2014년에 측정한 데이터로 분석된 TA실험의 DATA/MC 결과는 1.26으로 측정되었다. 이 결과에 따르면 TA-FD로 측정된 에너지는 20% 확대 분석 됨을 알 수 있다. 그러므로 ELS 시스템을 이용한 보정이 적용 되면 TA의 에너지 척도는 20% 줄어들고 에너지 분석 계통오차는 현재 21%에서 17%로 항상 될 수 있다.