The high-energy muon flux at sea level up to 8 TeV derived from the observed burst size spectrum

Summary

The size spectrum of bursts produced by high-energy muons in rock has been observed at a depth of 40 m w.e. underground. The apparatus used consisted of two layers of plastic scintillator with 2 cm thickness, having (3.65 × 5.0) m² area for each layer and being 2.43 m apart vertically. Observed sizes of the bursts were equivalent to a number of traversing relativistic particles from several hundreds to 12 000. From the observed size spectrum, we have estimated the muon energy spectrum at sea level up to 8 TeV considering fluctuations in the number of particles in the developments of their cascade shower. Their integral energy spectrum had a power exponent of 2.5 ± 0.2 in the range from 500 GeV to 8 TeV. The energy spectrum is compared with the spectra observed by other workers and discussed for energy losses of high-energy muons above 1 TeV.

Riassunto

Si è osservato ad una profondità di 40 m a.e. sotto terra lo spettro delle grandezze dei burst prodotti da muoni di alta energia nella roccia. L’apparecchiatura usata consisteva di due strati di scintillatore plastico spessi 2 cm, con una superficie di (3.65/5.03) m² ciascuno e distanti verticalmente 2.43 m. Le grandezze osservate dei burst erano equivalenti ad un numero di particelle che passavano da parecchie centinaia a 12 000. Dallo spettro delle grandezze osservate si è valutato lo spettro di energia dei muoni al livello del mare sino a 8 TeV, prendendo in considerazione le fluttuazioni del numero delle particelle durante lo sviluppo degli sciami a cascata. Il loro spettro di energia integrale ha un esponente di 2.5±0.2 nell’intervallo fra 500 GeV e 8 TeV. Si confronta lo spettro di energia con gli spettri osservati da altri ricercatori e si discutono le perdite di energia dei muoni di alte energie al di sopra di 1 TeV.

Резюме

Под землей, на глубине 40 м водного эквивалента было проведено наблюдение спектра размеров вспышек, рожденных мюонами высоких энергий в скалах. Использованная аппаратура состоит из двух слоев пластмассового сцинтил-лятора толщиной 2 см, имеющего площадь (3.65 × 5.0) м² для каждого слоя и которые расположены на расстоянии 2.43 м друг от друга. Наблюденные размеры вспышки эквивалентны перемещению релятивистских частиц от нескольких сотен до 12000. Из наблюденного спектра размеров мы оценили мюонный энергетический спектр на уровне моря вплоть до 8 ТэВ, рассматривая флуктуации числа частиц при эво-люциях их каскадного ливня. Интегральный спектр энергии имел показатель экспоненты 2.5±0.2 в области энергий от 500 ГэВ до 8 ТэВ. Энергетический спектр сравнивается со спектрами, полученными другими авторами. Обсуждаются энергетические потери мюонов высокой энергии порядка 1 ТэВ.