고에너지 뮤온의 측면 분포와 ‘무릎’ 영역에서의 원시 입자 구성 연구

초록

BUST와 Andyrchy 배열을 이용해 수직에 가까운 대기 입자 샤워(EAS)에서 230 GeV 이상의 고에너지 뮤온의 측면 분포 함수를 측정하였다. 전자 규모 lg Nₑ = 5.9–7.1 구간에서 뮤온 평균 수와 거리 의존성 ∆(R)를 구하고, 파라미터 r₀를 추정하였다. 실험 결과는 CORSIKA(QGSJET01C+GHEISHA) 시뮬레이션의 프로톤·철 핵 모델과 비교했으며, r₀가 Nₑ가 커질수록 감소함을 확인했다. ‘무릎’은 lg Nₑ≈6.3에서 나타났다.

상세 분석

본 연구는 Baksan Underground Scintillation Telescope(BUST)와 그 위에 설치된 Andyrchy 전자·입자 배열을 결합해, 대기 상층에서 발생한 광범위한 대기 입자 샤워(EAS) 내 고에너지 뮤온(임계 에너지 ≥ 230 GeV)의 측면 분포 함수를 직접 측정한 점에서 의의가 크다. 측정 대상은 거의 수직(θ ≤ 20°)인 샤워이며, 샤워 규모 lg Nₑ를 5.9–7.1 구간으로 나누어 세 단계(5.9 ≤ lg Nₑ < 6.3, 6.3 ≤ lg Nₑ < 6.5, 6.5 ≤ lg Nₑ ≤ 7.1)로 분석하였다.

먼저 Andyrchy 배열을 통해 샤워의 전자 규모 Nₑ와 축 위치, 도착 방향을 재구성하고, BUST 내부의 3150개 액체 섬광 검출기로 뮤온 수를 계수한다. BUST는 200 m²의 유효 면적을 가지며, 축 위치 오차 σ_R≈12 m(주로 두 장치 간 거리 차이와 도착 방향 재구성 오차)와 뮤온 수 측정 오차를 동시에 고려한다.

뮤온 분포를 기술하기 위해 실험적으로는 ∆(R)=n(R)/N_μ 형태의 비율을 정의했으며, 여기서 n(R)은 거리 R에서 평균 뮤온 수, N_μ는 전체 샤워당 평균 뮤온 수다. ∆(R) 데이터를 기반으로 f(r)≈