Measurement of the energy spectrum of cosmic rays with the 26 station configuration of the IceTop detector

• Main Author: Kislat, Fabian
• Other Authors: Kolanoski, Hermann, Gaisser, Thomas K., Maier, Gernot
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: English
• Published: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I 2012
• Subjects: IceCube; IceTop; Energiespektrum; kosmische Strahlung; Energy Spectrum; Cosmic Rays; 530 Physik; 29 Physik; Astronomie; UN 7200; UO 9500; ddc:530; Signalen; South Pole; South pole
• Online Access: http://edoc.hu-berlin.de/18452/17095; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:11-100198399; https://doi.org/10.18452/16443

IceTop ist ein Luftschauerdetektor am geographischen Südpol und die Oberflächenkomponente des Neutrinoteleskops IceCube. Seit der Fertigstellung im Dezember 2010 besteht IceTop aus 81 Detektorstationen auf einer Fläche von einem Quadratkilometer. Die vorliegende Dissertation umfasst eine Analyse von Daten, die im Jahr 2007 mit den 26 damals installierten Stationen genommen wurden. Dazu wurden zunächst Schauerposition und -richtung und ein Maß für die Größe des Schauers aus den Signalen rekonstruiert. Der Zusammenhang zwischen Primärenergie und Schauergröße wurde aus Monte-Carlo-Simulationen bestimmt. Dabei wurde eine Annahme über die chemische Zusammensetzung der kosmischen Strahlen gemacht. Damit wurde das Spektrum der Schauergrößen entfaltet um das Energiespektrum zu bestimmen. Dies wurde getrennt für verschiedene Zenitwinkelbereiche durchgeführt. Das Resultat der Entfaltung hängt von der angenommenen Massenkomposition ab. Die Ergebnisse, der Entfaltung in verschiedenen Zenitwinkelintervallen, müssen übereinstimmen, wenn man Isotropie der komischen Strahlung voraussetzt. Es wurde bereits gezeigt, dass dies ausgenutzt werden kann, um die möglichen Annahmen über die Zusammensetzung einzugrenzen. Eine gute Übereinstimmung von Spektren aus verschiedenen Zenitwinkelbereichen wird unter der Annahme von reinen Protonen als Primärteilchen gefunden, sowie für eine Mischung aus Protonen und Eisen mit einem hohen Protonanteil bei niedrigen Energien und einer Mehrheit von Eisen bei hohen Energien. Unter diesen Annahmen ergibt sich die Position des Knies im Spektrum zu 3,97 bis 4,20PeV. Der spektrale Index unterhalb des Knies ist etwa -2,7 und oberhalb des Knies variiert er zwischen -3,08 und -3,15. Reines Eisen auf der anderen Seite kann mit sehr großer Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden. Unabhängig von der Annahme über die Zusammensetzung wird oberhalb von etwa 30PeV ein Abflachen des Spektrums mit einem Index von etwa -3,0 beobachtet. IceTop is an air shower array at the geographic South Pole. It is the surface ...