基于LHAASO-KM2A实验研究30TeV以上超新星遗迹能谱特征

The basic study of cosmic rays (CRs) focus on its origin, acceleration sites and propagation since the CRs were discovered more than a century ago. Supernova remnants (SNRs) are believed to be the most important acceleration sites for CRs in the Galaxy. Big progresses on observations of SNRs have been achieved by spaceand ground-based γ-ray facilities. However, whether γ-rays come from accelerated hadrons or not remains in debate. KM2A is the main part of Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) which is dedicated to the observation of γ-ray sources from 10 TeV to 20 PeV. The quarter of KM2A will be completed in 2019. This proposal suggests to investigate the KM2A’s sensitivity on supernova remnants (SNRs) , and to analysis the spectrum of SNRs above 30 TeV with 1/4 KM2A experiment data。It will strongly help us to get clear criteria for the acceleration of cosmic-ray sources and normal electron sources, which is the great significance to unlock the mystery of the origin of CRs.

自上世纪初发现宇宙线以来，宇宙线之起源、加速和传播问题一直是宇宙线研究的基本问题。目前人们普遍认为超新星遗迹是银河系内宇宙线的主要来源。近年来，随着探测技术的发展，地面实验和卫星实验对超新星遗迹的观测有了很大的提高，但是高能端伽马射线来自于强子加速还是轻子加速的问题一直没有得到很好的解释。LHAASO主体阵列KM2A致力于精确测量10TeV—20PeV伽马射线能谱，1/4 KM2A阵列将于2019年建成。本项目着眼于研究KM2A阵列对各超新星遗迹的观测灵敏度，分析1/4 KM2A阵列数据，探究30TeV以上来自超新星遗迹的伽马射线能谱及其产生机制。预期获得宇宙线源和普通电子源加速的明确判据，对揭开宇宙线起源的神秘面纱具有重要意义。

自上世纪初发现宇宙线以来，宇宙线之起源、加速和传播问题一直是宇宙线研究的基本问题。近年来，随着探测技术的发展，地面实验和卫星实验对超新星遗迹的观测有了很大的提高，但是高能端伽马射线来自于强子加速还是轻子加速的问题一直没有得到很好的解释。LHAASO实验于2017年开工建设，于2021年完成全阵列建设，是目前世界上灵敏度最高的探测器阵列。本项目的研究内容分为以下几个方面：首先，开展KM2A阵列全模拟程序的检验，将时间分辨作为指标与山东大学测试系统实验进行比较，为实验数据的分析工作提供基础；其次，分析KM2A阵列性能，KM2A阵列积分灵敏度在50TeV-100TeV处为1.1%Icrab，百TeV处角分辨、位置分辨依次为0.3°、3米，标志着KM2A实验能够顺利开展物理研究工作；然后，构建直接积分法分析Crab源能谱，结果表明KM2A阵列对Crab能谱观测范围为10TeV-200TeV，在百TeV处测量误差在10%以内，并且与国际上其他实验测量能谱结果相吻合，标志着KM2A阵列平稳运行，为后期开展超新星遗迹能谱测量奠定基础；最后，搭建机器学习算法，将BP神经网络等算法应用于伽马/质子鉴别，在20TeV-50TeV处将KM2A伽马鉴别能力提高20%-30%左右，为这个能量段的伽马能谱截断行为提供更加精确的结果，为轻子/强子加速评判、探索强子源提供重要依据。