Untersuchung der relativen Ankunftszeiten von Elektronen und Myonen aus Luftschauern im Rahmen des KASCADE-Experiments

Zusammenfassung

Der Zentraldetektor des KASCADE-Experiments enthält neben einer Lage von 456 Szintillationszählern als Triggergenerator und zur Messung von Ankunftszeiten von EAS-Myonen mit einer Energieschwelle von E > 0.4 GeV eine weitere Ebene (Top-Cluster) von 50 Szintillationszählern zur Messung der geladenen Teilchen und deren Ankunftszeiten. Myonen mit einer Energieschwelle von 2 GeV können mit Vieldraht-Proportionalkammern unter dem Hadronkalorimeter des Zentraldetektors detektiert werden. Dank des teleskopartigen Aufbaus der Detektoren im Zentraldetektor lassen sich Myonen aus dem Top-Cluster separieren, so daß Ankunftszeiten von Elektronen, geladenen Teilchen (Elektronen und Myonen) und Myonen mit zwei Energieschwellen getrennt untersucht werden können. Die beobachtete zeitliche Struktur der Schauerprofile (Lage und Dispersion) und vor allem der relative zeitliche Abstand der verschiedenen Teilchenkomponenten (Elektronen, Myonen) werden auf eine Abhängigkeit von durch das KASCADE-Array gewonnener EAS-Parameter (Abstand zum Schauerzentrum, Schauergröße, Zenitwinkel) und auf eine Abhängigkeit von der longitudinalen Schauerentwicklung hin untersucht. Die gemessenen Daten werden mit detaillierten Monte-Carlo-Simulationen der Luftschauerentwicklung unter Berücksichtigung der Detektoreigenschaften verglichen. Die experimentellen Daten zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen aus Luftschauersimulationen mit dem Programm CORSIKA. Die Ankunftszeitdifferenz der Elektron- und Myonkomponente zeigt eine Abhängigkeit vom Abstand zum Schauerzentrum, jedoch keine sichtbare Abhängigkeit von der Primärmasse. Auch von der longitudinalen Entwicklung des Schauers, mit deren Bestimmung man Teilchenwechselwirkungen studieren und das Primärteilchen identifizieren könnte, ist der Parameter, wie die Simulation zeigt, praktisch unabhängig.

Study of Relative Arrival Time Distributions of Electron- and Muon-Components Measured in the KASCADE Central Detektor

Abstract

The central detector of the KASCADE experiment contains, apart from a plane of 456 scintillation detectors used as trigger generators, another plane of 50 scintillation detectors (top cluster). The trigger plane allows measurements of arrival times of EAS muons with an energy threshold of E > 0.4 GeV. The top cluster measures charged particles and their arrival times. Muons with an energy threshold of 2 GeV are able to be selected with multwire proportional chambers (MWPC) under the hadron calorimeter. Because of the telescope-like structure of the detectors, muons seen in the top cluster can be separated from the electromagnetic pulses. Thus arrival times are examined separately for electrons, charged particles (electrons and muons) and muons with two energy thresholds. The observed temporal structure of the shower profiles (position and dispersion) and mainly the relative temporal distance of the different particle components (electrons, muons) are studied. The dependence on EAS-parameters recorded by the KASCADE array (distance to the shower center, shower size, zenith angle) and on the longitudinal shower development are examined. The measured data are compared with detailed Monte Carlo simulations of air shower development and detector characteristics. The experimental data show good agreement with the results from air shower simulations with the CORSIKA program. The arrival time difference of the electron and muon component shows a dependence on the distance to the shower center, however no visible dependence on the cosmic ray primary mass. Monte Carlo simulations indicate that the arrival time differences are practically insensitive to details of the longitudinal shower development.