Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7292

Investigations of the Muon Component of Extensive Air Showers Measured by KASCADE-Grande

Jurriaan van Buren

Abstract
The energy spectrum of cosmic rays shows a change of the spectral behavior at an energy of about 4∙10¹⁵ eV, the so-called knee. Results of the KASCADE experiment how that it is caused by a change of flux in the light component of cosmic rays. With the extension to the KASCADE-Grande experiment it is possible to measure air showers up to an energy of 10¹⁸ eV, covering the range where one expects the knee in the heavy component, the so-called second knee. In order to estimate the number of muons of an air shower measured by KASCADE-Grande, the muon detectors of KASCADE array are used, allowing the measurement of the muon component in a distance of 40 m to 700 m to the shower core over a radial range of up to 280 m. It is shown that the reconstruction is possible and unfolding methods are applied to obtain the total energy spectra of cosmic rays from the measured muon size spectra for the zenith angle ranges 0°-18° and 18°-25°. These unfolding procedures base on simulations of air showers using the interaction models FLUKA and QGSJet. A comparison with previous results of KASCADE for zenith angles 0°-18° shows a good agreement in the overlap range 10¹⁶ eV to 10¹⁷ eV. The energy spectra extend up to an energy of 3∙10¹⁷ eV and show with the available statistics so far no second knee.

Untersuchung der myonischen Komponente ausgedehnter Luftschauer mit dem KASCADE-Grande Experiment

Zusammenfassung
Das Energiespektrum der kosmischen Strahlung zeigt bei einer Energie von etwa 4∙10¹⁵ eV ein Steilerwerden des Spektrums, das sogenannte Knie. Ergebnisse von KASCADE zeigen, dass es durch eine Abnahme des Flusses in der leichten Komponente hervorgerufen wird. Mit der Erweiterung zum KASCADE-Grande Experiment ist es möglich, ausgedehnte Luftschauer bis zu einer Energie von 10¹⁸ eV zu messen und so das erwartete schwere, bzw. zweite Knie nachzuweisen. Um in KASCADE-Grande die Myonzahl eines Luftschauers zu bestimmen, verwendet man die Myondetektoren des KASCADE Detektorfeldes. Dies erlaubt die Messung der Myonkomponente in einem Abstand von 40 m bis 700 m über einen radialen Bereich von bis zu 280 m. Es wird gezeigt, dass die Rekonstruktion möglich ist und es werden mit Entfaltungsmethoden aus den Myongrößenspektren die Energiespektren für die Zenitwinkelbereiche 0°-18° und 18°-25° bestimmt. Diese Entfaltungsmethoden basieren auf Simulationen mit den Wechselwirkungsmodellen FLUKA und QGSJet. Ein Vergleich mit bisherigen Ergebnissen von KASCADE im Zenitwinkelbereich 0°-18° zeigt eine gute Übereinstimmung im Überlappbereich 10¹⁶ eV bis 10¹⁷ eV. Die Energiespektren erstrecken sich bis zu einer Energie von 3∙10¹⁷ eV und zeigen mit der bisher zur Verfügung stehenden Statistik kein zweites Knie.

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