W. R. Sheldon

A comparison of models for the sea level muon intensity

SummaryA comparison is made between the measured muon energy spectrum at sea level and that predicted by four theoretical models (namely, Maeda-Cantrell (MC), constant energy, (CE), Cocconi-Koester-Perkins (CKP) and scaling models). It is concluded that the scaling model agrees with the experimental data at energies less than 100 GeV, and the CKP model provides the best description of the spectrum at energies above 100 GeV.RiassuntoSi confrontano misure sperimentali sullo spettro energetico dei muoni al livello del mare con le previsioni di quattro modelli teorici, e cioè quello di Maeda-Cantrell (MC), quello di energia costante (CE), quello di Cocconi-Koester-Perkins (CKP) e quello che comprende l’ipotesi di scaling. Dal confronto si ricava che i dati sperimentali al di sotto di 100 GeV sono in accordo col modello di scaling, mentre al di sopra sono meglio descritti dal modello CKP.РезюмеПроводится сравнение измеренного энергетического спектра мюонов на уровне моря с предсказаниями четырех теоретических моделей (моделей Маеда-Кантрелла, постоянной эеергии, Коккони-костера-Перкинса и модели скейлинга). Утверждается, что модель скейлинга согласытся с экспериментальными данными при знергиях ниже 100 ГэВ, а модель Коккони-Костера-Перкниса овеспечивает наилучшее описание спектра при энергиях выше 100 ГэВ.

Calculation of the muon stopping ratio underground from the surface spectrum

in which x is the depth underground, y(E0) is the logarithmic slope of the integral muon spectrum at the surface, Eo(x ) is the energy of a muon at the surface which has mean range x and AE is the energy of a muon with residual range equal to the appropriate average thickness of the stopping absorber in the Torino detector. Equation (1) was obtained by use of the surface muon integral-energy spectrum in the expression

The multiple scattering of cosmic-ray muons in magnetic spectrometers

SummaryThe multiple scattering of high-energy cosmic-ray muons in solid-iron magnetic-momentum spectrometers is investigated theoretically and the results are compared with experimental measurements. In particular, spectrometers which record orthogonal views of the muon trajectory are considered. In spectrometers of this type typically two projected angles are measured: 1) an angle ϕT in a plane perpendicular to the magnetic field and 2) another angle, ϕy, in a plane containing the magnetic-field vector. In the present work a new parameter α=ϕy/σϕT is defined and the theory of Molière is used to derive a multiple-scattering probability distribution,f(α), which can be directly compared to spectrometer data. Here σ is the constant noise-to-signal ratio of the spectrometer as calculated by the Molière theory. The new multiple-scattering distributionf(α) is independent of the cosmic-ray spectrum, thus allowing for the first time cosmic-ray spectrometer data to be used directly to investigate the predictions of multiple-scattering theory. Good agreement between theory and experiment is demonstrated for a sample of 8000 muon events measured with the AMH magnetic spectrometer.RiassuntoSi studia dal punto di vista teorico lo scattering multiplo di muoni dei raggi cosmici ad alta energia negli spettrometri ad impulso magnetico di ferro solido e i risultati sono confrontati con le misurazioni sperimentali. In particolare, si considerano spettrometri che registrano vitse ortogonali della traiettoria del muone. In spettrometri di questo tipo si misurano tipicamente due angoli proiettati: 1) un angolo ϕT in un piano perpendicolare al campo magnetico e 2) un altro angolo, ϕy, in un piano contenente il vettore del campo magnetico. In questo lavoro, si definisce un nuovo parametro α=ϕy/σϕT e la teoria di Molière è usata per derivare una distribuzione di probabilità per lo scattering multiplo,f(α), che può essere direttamente confrontata con i dati dello spettrometro. Qui σ è il rapporto costante rumore-segnale dello spettrometro come calcolato con la teoria di Molière. La nuova distribuzione dello scattering multiplof(α) è indipendente dallo spettro dei raggi cosmici, permettendo così di usare per la prima volta direttamente i dati dello spettrometro dei raggi cosmici per studiare le predizioni della teoria dello scattering multiplo. Si mette in evidenza un buon accordo tra dati teorici e sperimentali per un campione di 8000 eventi muonici misurati con uno spettrometro magnetico AMH.РезюмеТеоретически исследуется многократное рассеяние космических мюонов высоких энергий в магнитных импульсных спектрометрах. Полученные результаты сравниваются с экспериментом. В частности, рассматриваются спектрометры, которые регистрируют мюонную траекторию с взаимноперпендикулярных точек зрения. В спектрометрах этого типа измеряются два угла: 1) угол ϕT в плоскости, перпендикулярной магнитному полю и 2) другой угол ϕy в плоскости, содержащей вектор магнитного поля. В настоящей работе определяется новый параметр α=ϕy/σϕT и используется теория Мольера для вывода распределения вероятности многократного рассеяния,f(α), которое можно непосредственно сравнить со спектрометрическими данными. В этой работе с представляет постоянное отношение шума к сигналу для спектрометра, вычисленное с помощью теории Мольера. Новое распределение многократного рассеянияf(α) не зависит от спектра космических лучей. Таким образом, впервые данные спектрометра для космических лучей непосредственно исполязуются для исследования предсказаний теории многократного рассеяния. Обнаружено хорошее согласие между теорией и экспериментом на примере 8000 мюонных событий, измеренных с помощью АМН магнитного спектрометра.

INCREASING HADRON--NUCLEUS CROSS SECTIONS AND COSMIC RAY MUON ZENITHAL VARIATIONS.

Abstract Ground-level muon intensities have been calculated using both a constant and an energy-dependent inelastic cross section for hadron-nucleus interactions. The use of the energy-dependent cross section reduces the muon intensities significantly at high muon energies but has very little effect on the zenithal enhancements.