Учебный эксперимент: Зенитная зависимость потока мюонов

Комплект оборудования: 

Цель эксперимента:

 Цель эксперимента - проанализировать зенитную зависимость путём проведения серии измерений при различных значениях зенитного угла.

Основа эксперимента:

Большинство мюонов образуются в верхних слоях атмосферы, обычно на высоте около 15 км над поверхностью Земли. До достижения земной поверхности мюоны теряют примерно 2 ГэВ энергии на ионизацию. Средняя энергия мюонов на уровне моря составляет около 4 ГэВ.

Когда их распад (Eμ > 100 / cosθ ГэВ) и кривизна Земли (при θ > 70°) могут быть проигнорированы, поток космических мюонов может быть выражен следующим образом:

где θ — зенитный угол, а два слагаемых в скобках отражают вклад заряженных пи-мезонов и каонов.

Для энергии мюонов около 3 ГэВ угловое распределение мюонов на уровне моря пропорционально cos²θ. Интенсивность космических мюонов определяется угловой зависимостью зенита, их энергетическим спектром и энергией.

В первом приближении зависимость потока мюонов от азимутального угла φ считается пренебрежимо малой (менее 10%).

Проведение эксперимента:

Установите SP5609 на стол или другую ровную поверхность и закрепите два модуля SP5622 на вертикальном кронштейне (ошибка ссылки на источник). Подключите кабельные разъёмы от двух SP5622 ко входам плиток, расположенным на задней панели модуля SP5621. Включите модуль SP5621 и запустите сбор данных с помощью кнопки START на передней панели.

Когда заряженная частица проходит через чёрную плитку, её энергия преобразуется в сцинтилляционное излучение. Образовавшиеся фотоны улавливаются фотосенсором и преобразуются в электрический сигнал. Количество зарегистрированных событий для каждого сцинтиллятора отображается на дисплее модуля SP5621.

Выберите режим двойного совпадения сцинтилляторов с помощью соответствующей кнопки на передней панели, затем установите время интеграции измерения. Поскольку регистрация событий происходит только при наличии совпадения, все события, вызванные прохождением космической частицы только через одну плитку, будут автоматически отфильтрованы.

Определите телесный угол мюонного телескопа, зафиксировав расстояние между двумя сцинтилляционными плитками. Убедитесь, что ориентация остаётся неизменной в течение всего времени сбора данных.

Проведите измерение космического потока при первом значении зенитного угла, затем поверните конструкцию для изменения значения угла и выполните новое измерение.

 Блок-схема экспериментальной установки:

Результаты эксперимента:

Следующий график показывает результат, полученный при установке двух детекторов на расстоянии 20 см друг от друга. Счётная скорость измерялась при четырёх значениях зенитного угла, θ = [0°, 10°, 50°, 70°], с целью проверки теоретической зависимости потока мюонов от угла в виде cos²(θ).

Зависимость потока мюонов от зенитного угла: