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宇宙线从发现至今整整一百年,但其起源和加速问题却是一个没有很好解决的世纪难题。因为带电粒子在传播过程中受到磁场的偏转,丢失了原初方向信息。因此电中性粒子的探测是研究这一难题的有效手段。随着第三代大气切伦科夫探测器的研制成功,特别是2004年HESS实验正式运行以来,经过20多年的努力,TeVγ源的探测从无到有,取得了飞速发展。到目前为止,各实验组共发现了100多个TeVγ射线源,为我们研究天体物理及宇宙演化提供了大量宝贵的实验数据。目前发现的绝大多数γ射线源都被认为是电子过程产生的,还没有确切的实验数据证明它们是通过强子过程产生的。而γ射线的强子起源,被认为是宇宙线起源和加速的场所。虽然电子起源的γ射线源上应该也有宇宙线强子的加速,但确切的证据有赖于对π0衰变成伽玛过程的探测。因此,探测强子起源的γ源对研究这一世纪难题具有重要意义。而100TeV能区γ射线源的探测被认为是寻找强子起源γ射线源的有效手段。
ASγ实验位于西藏羊八井镇,海拔4300m,具有高海拔和大面积的优势,适合开展TeV-PeV伽玛源的研究。因为该实验没有原初宇宙线分辨能力,无法有效排除宇宙线本底的影响,限制了其在γ射线的研究。为提高ASγ实验分辨γ射线和宇宙线的能力,从而实现提高探测100TeVγ射线灵敏度的目的,合作组提出在现有TibetⅢ阵列的地下建造水切伦科夫Muon探测器构成AS+MD复合阵列的探测器升级计划。通过探测宇宙线和γ射线中muon数目的不同,从而实现有效排除宇宙线本底的目的。为了解水切伦科夫探测器的性能,我们在实验室开展了探测器的预研工作。包括:水质的长期稳定性研究(经过长达1年多的监测,论证在密闭环境下水质能够有效的保持);实验室原型探测器的研制和测试分析工作,完善并且确定了MD-A的设计方案;大型密闭水袋的自主研制以及PMT的性能测试工作。
2010年10月,MD-A的主体基建工程已经完成。第一个探测单元也于2011年6月份成功安装测试。经过对单元探测器性能的详细研究测试,论证了整套设计方案的可行性和优越性。在现有测试结果的基础上,通过模拟给出了AS+MD复合阵列的灵敏度曲线,显示其将是北天区灵敏度最高的γ天文望远镜。现在,ASγ表面阵列正在恢复中,期待很快就能实现全阵列的联合运行,取得大量有意义的物理结果。