甚高能区原初Gamma 射线成分 确定一、意义宇宙线的起源问题是宇宙线物理和高能天体物理的基本问题。光子在传播过程中不受空间磁场的偏转，能直接给出其产生源的 方向及其物理特性等重要性质，所以射线在宇宙线研究中具有非 常重要的地位。10GeV以上能区的射线，流强特别低，一般应采用基于地面的、 大口径Cherenkov探测器或有效面积大的空气簇射(AS)阵列进行间接 测量。基于高山的AS阵列，可以同时对多个天体进行全天候实时观测，探 测器的阈能降到100GeV，实现对甚高能射线源和射线暴的有效 观测1。由于该能区射线的流强要比强子成分的流强低两个量级，排除强 子背景成分对于有效观测射线极为重要。由于射线和强子簇射的 过程不同，次级粒子的空间和到达时间的分布将会不同2，3，根据 簇射粒子分布的结构特征，可以实现、强子的分辨。1、分形法可以分析具有自相似性的系统，而多重分形可以分析没 有严格自相似性系统，从局域出发研究其最终的整体特性，用一个 谱函数来描述分形体不同层次的生长特征，可以了解分形体形成过 程中局域条件的作用；由于簇射和强子簇射的生成过程不同，用 多重分形法分析其靶图，得到的谱函数和分形维数也应不同。根据模拟结果可以得到不同簇射过程的靶图，利用多重分形方法， 选择不同划分局域的方式，可以得到q阶局部分维的谱函数f()=q -(q)，其中(q)=（q-1）Dq，pi是第i个小局域的生长几率。一般f()是一个凸曲线，峰值f(0)=D0 ，D0即分形维数。因为多重分形的谱函数反映了分形体不同层次的 生长特征，而簇射与强子簇射的生成过程不同，所以它们的谱函 数和分形维数将会有所不同，这将提供、强子分辨的信息。小波法通过选定小波的平移和伸缩，可以实现同时对信号在时间域（ 空间域）和频率域的分析，它相当一个数学显微镜，具有放大和位 移功能。通过检查在不同的放大倍数下的系统行为，可以进一步推 测其动力学根源。连续小波序列为：利用二维小波对靶图进行分析，分析其在二维空间和频 率域的特征；并研究不同生成函数（母函数）如墨西哥 帽函数、高斯函数对分析结果的影响；研究次级粒子到达时间分布结构；结合多重分形分析结果，用小波法分析不同簇射局域分 维的谱函数的结构特征。由于簇射是纯电磁过程，只有一个发展中心，而强子簇射 则是以多重核级联为主线发展起来的，可能有多个发展中心 ，这与高能核子簇射过程相似。在高能核乳胶室实验中，常用簇射中心的多芯结构判断原 初粒子的种类，本工作将把该方法推广到整个簇射，用树形 法分析不同簇射的多芯结构。神经网络根据以上方法得到的簇射粒子的时间结构和空间结 构特征，利用人工神经网络方法进行智能化多参数分析 ，实现射线与强子簇射的有效分辨，降低强子背景， 这也是本工作拟解决的关键问题。本工作目标是把该方 法应用到羊八井ARGO实验的数据分析中，期望以较高的 显著性发现甚高能点源和暴。初步模拟结果表明，簇射的年龄与原初能量有较好的关 联，根据模拟结果，利用修正的NKG公式重建簇射年龄， 研究簇射年龄与原初能量的函数关系，为重建原初能量提 供一种新的方法，这对于重建能谱是非常关键的。GeVage三、分析步骤1、利用新版CORSIKA模拟程序，选择不同的高能强相互作用模型，对甚高能区 的射线和强子成分的大气簇射过程进行细致模拟，即把电磁成分的跟踪能量设 为1MeV左右，子和其它强子成分的为100MeV，考虑天顶角对次级粒子的到达 时间和位置分布的影响。 2、利用探测器模拟程序GEANT3模拟粒子在探测器中的行为，并考虑触发效率 、触发条件以及数据获取的时间窗口对探测结果的影响，模拟簇射芯位在探测器 阵列中位置对探测效率和时空结构的影响 3、用多重分形法、离散小波法分析次级粒子空间分布的结构，用组团法分析其是否具有多心结构；分析次级粒子到达时间的分布宽度及时间涨落利用不同人工神经网络模型分辨原初成分的能力。利用优化的NKG方法重建不同事例的簇射年龄，研究簇射年龄与原初能量的关 联，希望得到射线原初能量与簇射能量的函数关系，寻找新的原初能量重建方 法。利用该方法分析实验数据，给出射线的能谱。