Deniz seviyesinde kozmik ışın akı ölçümü ve simülasyonu

Abstract

Deniz seviyesinde kozmik ışın akı ölçümü ve simülasyonu Kozmik ışınlar, yüksek enerjili yüklü parçacıklardan oluşmakta olup, günümüz laboratuvarlarında ulaşılamayan kadar yüksek enerji seviyelerine sahip olmaları nedeniyle temel parçacık fiziği ve atmosfer fiziği gibi birçok alanda önemli bir araştırma konusudur. Bu çalışmada, kozmik müonların deniz seviyesindeki akılarının ölçülmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla Marmara Üniversitesi’nde deneysel bir dedektör sistemi kurulmuş ve gerekli altyapı hazırlanmıştır. Sistem; plastik sintilatör karolar, fotoçoğaltıcı tüpler, DRS4 veri toplama birimi ve bilgisayardan oluşmaktadır. Sintilatör yüzeyine ulaşan müonlar, sintilatör malzemesiyle etkileşerek ışık üretmekte; bu ışık foto çoğaltıcılarda elektrik sinyaline dönüştürülerek dijital veri hâline getirilmekte ve analiz için bilgisayara aktarılmaktadır. Böylece parçacıkların geçiş süreleri ile akı oranları belirlenebilmektedir. Dış uzaydan gelen birincil kozmik ışınlar, atmosferdeki gazlarla etkileşerek ikincil parçacıklar üretir. Bu ikincil parçacıkların önemli bir kısmı, pionların bozunması sonucu ortaya çıkan müonlardır. Rölativistik hızları ve zamansal genişlemesi etkisi sayesinde müonlar, atmosferi aşarak yeryüzüne ulaşabilirler. Bu çalışmada, farklı yüksekliklerde konumlandırılan dedektörlerle müon akısı deneysel olarak ölçülmüş; sonuçlar G4beamline simülasyon kullanılarak yapılan sayısal modellemeler ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca, yapı malzemelerinin (örneğin betonun) kozmik ışınlar üzerindeki zayıflatıcı etkileri de değerlendirilmiştir.

Measurement and simulatıon of cosmic ray flux at sea level Cosmic rays consist of highly energetic charged particles and are an important research topic in various fields such as fundamental particle physics and atmospheric physics due to their energy levels, which are beyond the reach of current laboratory conditions. In this study, the flux of cosmic muons at sea level was aimed to be measured. For this purpose, an experimental detector system was established at Marmara University, and the necessary infrastructure was prepared. The system consists of plastic scintillator tiles, photomultiplier tubes, a DRS4 data acquisition unit, and a computer. Muons reaching the scintillator surface interact with the scintillator material and produce light; this light is converted into electrical signals by the photomultiplier tubes, digitized, and transferred to a computer for analysis. In this way, the transit times of the particles and the flux rates can be determined. Primary cosmic rays arriving from outer space interact with atmospheric gases and produce secondary particles. A significant portion of these secondary particles are muons resulting from the decay of pions. Due to their relativistic speeds and time dilation effects, muons are able to penetrate the atmosphere and reach the Earth's surface. In this study, the muon flux was experimentally measured using detectors placed at different altitudes; the results were compared with numerical simulations performed using the G4beamline simulation program. Additionally, the attenuating effects of building materials (e.g., concrete) on cosmic rays were also evaluated.