大气电场与地面宇宙线关联的模拟研究

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Wilson指出雷暴云中的强电场可以把宇宙线次级粒子中质量很小的电子加速到很高的能量。1992 Gurevich等提出了相对论电子逃逸雪崩机制(RREA),认为能量约1 MeV的电子在雷暴电场中可被加速,当获得足够高的能量时,将发生雪崩效应,电子数目呈指数增长。  本文模拟研究了雷暴电场与广延大气簇射过程的关联。通过分析西藏羊八井ARGO实验中2012年大气电场的数据,发现近地雷暴电场的强度可以达到1000V/cm,有的情况下甚至高于这个强度。我们使用国际通用的CORSIKA软件包,采用蒙特卡洛模拟方法,模拟了雷暴电场中正、负电子纵向发展的变化情况,发现在高海拔处,正、负电子数目的变化趋势与RREA机制相符合。通过模拟高低空雷暴电场、电场厚度、电场距离探测面的高度对地面宇宙线次级粒子中电子数目的影响,结果表明高空电场对地面观测结果的影响力几乎不存在;为了获得更加显著的地面观测效果,合适的雷暴电场厚度为1000-2000m,距离探测面的高度应小于600m。本文模拟了近地雷暴电场对于对面宇宙线强度的影响,在负电场和大于600V/cm的正电场范围里,总粒子数目随着电场强度的增加而增加;在小于600V/cm的正电场中,总粒子数目出现了下降的现象,下降幅度可达约4%,这与羊八井实验观测数据相符。我们从正、负电子的能量分布及其数目变化的比例两个方面,详细讨论了这种现象,并对实验的观测结果给予了合理的解释。  本文的研究结果对理解大气电场加速宇宙线次级带电粒子的物理机制具有重要意义,为理解地面宇宙线实验的观测结果提供了重要的参考信息。
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