نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
دانشگاه مستنصریه، دانشکده علوم، گروه فیزیک، بغداد، عراق
چکیده
این پژوهش، ویژگیهای تابع توزیع جانبی(LDF) برای بارشهای گستردهٔ هوایی (EAS) القاشده توسط پرتوهای گاما، در گسترهٔ انرژی وسیعی از1015 تا 1020 الکترونولت بررسی شده است؛ گسترهای که نواحی انرژی موسوم به زانویی و مچ طیف انرژی پرتوهای کیهانی را در بر میگیرد. برای انجام شبیهسازیها از سامانه AIRES (شبیهسازیهای توسعهیافته بارش هوایی) استفاده شد و پروتونهای اولیه بهعنوان ذرات آغازگر بارش در نظر گرفته شدند تا پرتوهای گامای ثانویه تولید شوند. بهمنظور بررسی تأثیر فرضیات فیزیکی مختلف بر روند توسعه بارشها، از الگوهای برهمکنش هادرونی، بهویژه QGSJET-04-II و EPOS-LHC، به کار گرفته شدند. توزیع جانبی پرتوهای گامای ثانویه بهصورت نظاممند در انرژیهای اولیه و زوایای اوج (zenith) مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان میدهد که تابع LDF بهطور آشکاری به انرژی ذرۀ اولیه وابسته است و تفاوتهای قابلتوجهی بین نواحی انرژی زانویی و مچ مشاهده میشود. افزون بر این، زاویه اوج تأثیر چشمگیری بر پراکندگی جانبی پرتوهای گاما دارد که بیانگر تفاوت در برهمکنشهای ذرات و پویایی بارشها است. برای برازش منحنیهای ضریب توزیع جانبی بارشهای گسترده هوایی، از تابع سیگموئید استفاده شد و ضرایب جدیدی بهعنوان تابعی از انرژی اولیه به دست آمد. این نتایج دیدگاههای ارزشمندی درباره رفتار و آشکارسازی بارشهای گسترده هوایی ناشی از پرتوهای گاما فراهم میکند و به گسترش دانش ما در حوزه اخترفیزیک انرژیهای بالا و مطالعات پرتوهای کیهانی کمک مینماید.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Simulation of lateral distribution function for proton and gamma ray extensive air showers from 1PeV to 100 EeV energy range
نویسندگان [English]
- Zainab A. Nasser
- Itab Hussein
- Ahmed Al-Rubaiee
Mustansiriyah University, College of Science, Department of Physics, Baghdad, Iraq
چکیده [English]
This work investigates the properties of the Lateral Distribution Function (LDF) of gamma-ray-induced Extensive Air Showers (EAS) across a large energy range from (1015 to 1020) eV, which includes the knee and ankle energy regions. The AIRES (AIR-shower Extended Simulations) system was used in simulations to generate secondary gamma rays, with primary protons serving as initiating particles. Hadronic interaction models, particularly QGSJET-04-II and EPOS-LHC, were used to explore the impact of alternative physical assumptions on shower development. The lateral distribution of secondary gamma rays was studied systematically at various primary energy and zenith angles. The findings show that the LDF is clearly dependent on primary energy, with considerable differences between the knee and ankle regions. Furthermore, zenith angles have a major influence on the lateral dispersion of gamma rays, emphasizing differences in particle interactions and shower dynamics. The sigmoidal function was used to set the lateral distribution coefficient curves of EAS, generating new coefficients as a function of primary energy. These findings provide vital insights into the behavior and detection of gamma-ray-induced EAS, increasing our knowledge of high-energy astrophysics and cosmic-ray studies.
کلیدواژهها [English]
- AIRES system
- LDF
- Ankle and Knee regions
- Sigmoidal function
- The Pierre Auger Collaboration, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 798 (2015)
- I F Hussein and A A Al-Rubaiee, Malaysian J. Sci. 33 (2022) 74.
- P Sommers, C R Physique 5 (2004) 463.
- A. N. Cillisa and S. J. Sciuttob, Phys. Rev. 64 (2001) 013010.
- I F Hussein, A A Al-Rubaiee, et al., Nucl. Phys. 33 (2024).
- A M Hillas, Acta Phys. Acad. Sci. Hung. 29(Suppl. 3), (1970) 360.
- A Obermeier, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, FZKA 7284 (2007).
- G V Kulikov and G B Khristiansen, Semantic Scholar (1963).
- J H Buckley, C W Akerlof, et al., Astron. Astrophys. 329 (1998) 639.
- B Bartoli, P Bernardini, et al., Phys. Rev. D 91 (2015) 112017.
- Z You, S Zhang, et al. (LHAASO), Proc. 38th Int. Cosmic Ray Conf. (ICRC2023).
- F Varsi, S Ahmad, et al. (GRAPES-3), Proc. XXIV DAE-BRNS High Energy Phys. Symp., 277 (2022) 649.
- V V Prosin, S F Berezhnev, et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 756 (2014) 94.
- K F Fadhel, A A Al-Rubaiee, et al., J. Phys. 2386 (2021).
15 Li Xinlong, Tianlu Chen, CC BY 4.0 License (2023).
- A Geraniosi, E Fokitis, et al., Proc. 30th Int. Cosmic Ray Conf. (2008).
- A A Al-Rubaiee, U Hashim, et al., Serb. Astron. J. 190 (2015) 79.
- A A Al-Rubaiee, Astrophys. Astron. 35 (2014) 631.
- R I Raikin, A A Lagutin, et al., Proc. Int. Cosmic Ray Conf. (ICRC 2001)
- K Greisen, Ann. Rev. Nucl. Sci. 10 (1960) 63.
- B K Lubsandorzhiev, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 595 (2008) 73.
- A A Al-Rubaiee, O A Gress, et al., Russ. Phys. J. 48 (2005) 1004.
- B A Chartres, H Messel, Phys. Rev. 104 (1956) 517.
- T Stanev, High Energy Cosmic Rays, Springer, Heidelberg.462 (2010).
- I F Hussein, A A Al-Rubaiee, AIP Conf. Proc. 2591 (2023) 030072.
- A V Glushkov, A Saburov, Phys. Atom. Nucl. 82 (2019) 663.
- I F Hussein, A A. Al-Rubaiee, Al-Mustansiriyah J. Sci. 33 (2022).
- J Matthews, Astropart. Phys. 22 (2005) 387.
- T K Gaisser, R Engle, et al., Cosmic Rays and Particles Physics (2nd ed.), Cambridge University Press (2016) 444
- S Hayakawa, Cosmic Ray Physics: Nuclear and Astrophysical Aspects, Vol. 22, Interscience Monographs (1969).
- D Heck, J Knapp, et al., CORSIKA: A Monte Carlo code to simulate extensive air showers .FZKA Report 6019 (1998).
- G Atreidis, EPJ Web Conf. 137 (2017) 13001.
- S J Sciutto, AIRES: User's Guide and Reference Manual, Technical Report (2019).
)