Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Hạt Muon Trong Mưa Rào Khí Quyển Tại Hà Nội Bằng Detector Cherenkov Nước

• Tác giả: Nguyễn Thị Thảo
• Người hướng dẫn: GS. Pierre Darriulat
• Trường học: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Vật lí
• Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử
• Đề tài: Nghiên cứu hạt muon trong mưa rào khí quyển tại Hà Nội bằng detector Cherenkov nước
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

• TÓM TẮT
• KEY TO ABBREVIATIONS
• ACKNOWLEDGEMENTS
• 1. GENERALITIES ON COSMIC RAYS
• 2. THE PIERRE AUGER OBSERVATORY
• 3. COSMIC RAYS IN HANOI
• 4. THE VATLY CHERENKOV DETECTORS
• 5. OVERVIEW OF THE PRESENT WORK
• 5.1. RESPONSE OF THE VATLY CHERENKOV DETECTOR TO FEED-THROUGH MUONS
• 5.1.1. THE TRIGGER HODOSCOPE
• 5.1.2. HIGH VOLTAGES AND DELAYS
• 5.1.3. ANALYSIS OF HODOSCOPE DATA
• 5.1.4. TIME OF FLIGHT
• 5.1.5. ANALYSIS OF CHERENKOV DATA
• 5.2. MUON DECAYS IN THE VATLY CHERENKOV TANK
• 5.3. SIMULATION OF THE DETECTOR AND MUON SIGNAL
• 5.4. AUTO-CORRELATIONS: RATES AND TIME DISTRIBUTIONS
• 5.5. MUON DECAYS AND MUON CAPTURES
• 5.6. DECAYS, CAPTURE AND MULTI-MUONS
• 5.7. AUTO-CORRELATIONS: ELECTRONICS AND DATA ACQUISITION
• 5.7.1. AUTO-CORRELATION MEASUREMENT
• 5.8. AUTO-CORRELATIONS: DATA ANALYSIS
• 5.9. RESULTS AND INTERPRETATION
• 5.9.1. COMPARISON WITH THE DATA
• 5.9.2. INCLUDING A SOFT COMPONENT
• 5.9.3. THRESHOLD CUT-OFF FUNCTIONS
• 5.9.4. DEPENDENCE ON ZENITH ANGLE
• 5.9.5. COMPARISON BETWEEN DATA AND SIMULATION
• 5.9.6. DECOHERENCE AND SHOWER SIZE
• 6. SUMMARY AND CONCLUSION

I. Giới thiệu về nghiên cứu hạt muon trong mưa rào khí quyển tại Hà Nội

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích hạt muon được tạo ra trong mưa rào khí quyển tại Hà Nội bằng cách sử dụng detector Cherenkov nước. Mục tiêu chính là hiểu rõ cơ chế vật lý và hiệu suất của detector trong việc ghi nhận các tín hiệu từ hạt muon và electron. Nghiên cứu này cũng đóng góp vào việc cải thiện hiểu biết về các hiện tượng mưa rào và ứng dụng của phương pháp Cherenkov trong vật lý hạt.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm mục tiêu phân tích chi tiết sự đáp ứng của detector Cherenkov nước đối với các tín hiệu nhỏ, đặc biệt là từ hạt muon và electron. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc thu thập và phân tích dữ liệu từ các thí nghiệm được thực hiện tại Hà Nội, nơi có điều kiện khí quyển đặc trưng. Kết quả nghiên cứu sẽ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế vật lý của mưa rào khí quyển và hiệu suất của detector trong việc ghi nhận các hạt.

1.2. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc sử dụng detector Cherenkov nước để ghi nhận các tín hiệu từ hạt muon và electron. Các dữ liệu được thu thập và phân tích để xác định biên độ tín hiệu, thời gian phân rã, và hiệu suất ghi nhận. Một mô hình vật lý được xây dựng để giải thích các phổ phân bố điện tích và thời gian thu được. Phương pháp này cũng bao gồm việc sử dụng các công cụ mô phỏng để kiểm chứng kết quả thí nghiệm.

II. Kết quả và phân tích dữ liệu

Kết quả nghiên cứu cho thấy detector Cherenkov nước có khả năng ghi nhận rõ ràng các tín hiệu từ hạt muon và electron. Biên độ tín hiệu của electron được đo ở mức một phần của VEM, và chỉ phần đuôi phổ phân bố được ghi nhận. Phân bố của muon đòi hỏi sự đóng góp của thành phần mềm electron/photon, điều này đặc biệt quan trọng trong thí nghiệm này do detector có thể tích ghi đo lớn.

2.1. Phân tích phổ phân bố điện tích

Phân tích phổ phân bố điện tích cho thấy điểm cuối của phổ phân bố electron, tương ứng với động năng 53 MeV, được đo là Eend = 0,275 ± 0,018 VEM, phù hợp với dự kiến. Kết quả này cho thấy hiệu suất ghi nhận hạt electron ngụ ý một kích thước mưa rào electron hiệu dụng là ~36 ± 6 cm, bằng kích thước của chiều dài bức xạ trong môi trường nước.

2.2. So sánh với mô hình mô phỏng

Một mô hình mô phỏng cơ chế thu nhận ánh sáng đã được xây dựng, thể hiện sự phụ thuộc của các góc tới nhỏ vào hiệu suất ghi nhận. Kết quả mô phỏng phù hợp với quan sát thực tế, cho thấy mô hình này có thể được sử dụng để dự đoán hiệu suất của detector trong các điều kiện khác nhau.

III. Ứng dụng và ý nghĩa của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin chi tiết về hiệu suất của detector Cherenkov nước mà còn đóng góp vào việc đào tạo sinh viên trong lĩnh vực vật lý hạt và vật lý hạt nhân. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong việc thiết kế và cải tiến các detector tương tự, cũng như trong việc phân tích các hiện tượng vật lý liên quan đến mưa rào khí quyển.

3.1. Đóng góp vào nghiên cứu vật lý hạt

Nghiên cứu đã cung cấp những thông tin hữu ích về hoạt động chi tiết của các detector Cherenkov lớn, đặc biệt là trong việc ghi nhận các tín hiệu từ hạt muon và electron. Những thông tin này có thể được sử dụng để cải thiện hiệu suất của các detector trong các thí nghiệm vật lý hạt trong tương lai.

3.2. Ứng dụng trong đào tạo và giáo dục

Nghiên cứu này cũng góp phần vào việc đào tạo sinh viên ngành vật lý hạt thực nghiệm và vật lý hạt nhân bằng cách cung cấp cho họ một công cụ đặc biệt thích hợp với công việc. Các kết quả và phương pháp nghiên cứu có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo trong các khóa học và nghiên cứu sau đại học.