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1、2019/3/2,cuisw,1,羊八井ARGO实验探测Crab源灵敏度的估计,崔树旺 高能物理研究所 天体物理开放实验室 羊八井组,2019/3/2,cuisw,2,引言：,对VHE点源的寻找、监测和研究是ARGO实验的主要物理目标之一 宽视场 全天候 低能阈（几百GeV）-与目前的EAS阵列相比 灵敏度？ Crab“标准烛光” 多波段长期观测积累了丰富的经验和资料 辐射强度强且相对稳定 处于羊八井天区较中间的位置，每天有大约5.9小时的观测时间（ ） 羊八井ARGO实验的第一个探测目标！,与IACT实验相比,2019/3/2,cuisw,3,提要：,MC模拟数据的产生 事例的选择 角分辨能
2、力的研究 有效面积的计算 信号和本底的数目的计算 三种统计方法计算显著性的结果 总结与讨论,2019/3/2,cuisw,4,MC模拟数据的产生,原初事例的产生 大气簇射软件包: CORSIKA 强相互作用模型：QGSJET & GHEISHA 电磁作用模型：EGS 次级粒子的截止能量： P 50 MeV 50 MeV /e 1 MeV 天顶角：0 60 方位角：0 360,ARGO探测器模拟 软件包：ARGO-G 阵列大小 : 14 17 Clusters 探测器之间的间隙： GAPX ：10 cm GAPY：5 cm 事例投点范围： 200m 200m strip的效率：96% 电子学噪音
3、 ：着火pad平均值10个,2019/3/2,cuisw,5,ARGO阵列,形状：中心约7478m2全覆盖，外围有一圈的“保护圈”,2019/3/2,cuisw,6,重建事例的选择,事例重建软件包：MEDEA 事例判选 NPad 20 天顶角 40 内部事例,2019/3/2,cuisw,7,角分辨定义： 地平坐标系中有（，）的方向，利用在方位角平面上投影 sin 构造两个独立的垂直分量,角分辨研究,2019/3/2,cuisw,8,x ，y服 从期待值为0， 方差为2x ， 2y的高斯 分布,定义角分辨为,以800GeV的原初光子的簇射为例,2019/3/2,cuisw,9,角分辨随Npad
4、s的变化趋势,按照Npads把重建事例分为8段,2019/3/2,cuisw,10,计算公式：,来自Crab方向三种原初成分流强。本底仅考虑质子和氦两部分。CNO和其它成分贡献忽略不计。,对Crab方向簇射的有效面积,( Hillas et.al Whipple group ),( T.K Gaisser et.al ),2019/3/2,cuisw,11,向源窗口内光子数和本底数的估算,表示源窗口内包含信号的百分比；T是观测时间； 为向源窗口立体角的大小，窗口半径为的立体角为：,推算出一年（365天5.9小时/天）的时间ARGO实验可以探测到来自Crab方向的事例数为： 光子数 质子数 -
5、氦核数 -,2019/3/2,cuisw,12,角窗口的优化,因子直接反映了向源窗口大小影响显著性的变化情况。,角窗口的大小为1.12 时 值最大。 根据角分辨的定义式可以得到，此时 约等于71.5%。,显著性公式：,2019/3/2,cuisw,13,阵列响应,三种原初成分在不同Npads区间分布比例,来自Crab方向的射线的原初能量与Npads的相关性。中间红实线给出所跨区间粒子的均值能量。,2019/3/2,cuisw,14,结果,ARGO实验一年的观测时间，不同Npads区间探测到来自Crab方向的光子个数和质子和氦的本底数。Em是相应区间的均值能量（GeV）， 是阵列相应区间的角分辨
6、（）,2019/3/2,cuisw,15,以上结果是在比较理想的情况下得到，因为实验仅仅考虑到实验仪器的探测效率，没有考虑穿过仪器的粒子数的涨落。考虑被测现象本身的随机性，到达探测器的粒子数服从泊松分布。 考虑到实际数据处理工作中，等天顶角方法估计本底是找源常用的方法。,考虑现象本身的涨落和分析方法的统计性,on,off,off,off,off,off,off,off,off,off,off,在向源区左右两侧选择10个背源区，背源区的本底事例数也是服从泊松分布。,8个能量段,2019/3/2,cuisw,16,三种计算显著性的统计方法,a.) 信号和本底分别等权相加：,b.) 利用服从stud
7、ent分布的t值来计算显著性：,八源区显著性的平均值 八十个背源区的显著性的平均值,相应的平均值方差为,t值：,若仅考虑事例的超出情况，显著性为：,2019/3/2,cuisw,17,c.) 以似然比为权重的加权统计方法计算显著性,考虑两种影响权重的因子： 不同Npads区间（能量） 信号高斯分布特点,不受71.5%信号优化窗口的限制，尽量把所有信号的贡献包括进来。,实际操作中我们考虑包含98%信号的角窗口，把向源窗口按照包含的信号的比例分成10份（9个10%+8%）,以信号与本底的似然比为权重：,2019/3/2,cuisw,18,信号加权求和为：,方差为：,显著性：,2000次MC实验，三
8、种统计方法给出显著性的分布。可见加权方法能够给出比较优化的结果。,2019/3/2,cuisw,19,总结与讨论,MC模拟研究表明，在现有技术条件下，羊八井ARGO实验运行一年的时间探测到来自Crab源方向的射线的超出可达18的显著水平。换句话说，若以5为标准，ARGO实验可以达到小于0.3Icrab的灵敏度 我们没有考虑ARGO实验/p的鉴别能力，实现原初分辨一直是ARGO实验追求的目标，这一目标的实现对提高ARGO实验的灵敏度至关重要。 利用现有的重建技术，阵列的角分辨能力还不够理想，尤其是着火pad低多重数的事例的重建精度还需要改善。这也是提高灵敏度的重要环节。,2019/3/2,cuisw,20,谢谢！,2019/3/2,cuisw,21,ARGO阵列电子学噪音引起探测器着火pad数的分布,