A study on the elemental abundance of high energy cosmic rays measured by the Silicon Charge Detector for the CREAM experiment

Abstract

CREAM (Comic Ray Energetics And Mass) is designed to measure the individual spectra of cosmic rays from proton to iron with energies higher than 1 TeV (Tera electron-volt, 10^(12) eV). As a balloon-borne experiment, CREAM can make direct measurements of primary particles which will provide clues to test origin, propagation and acceleration models of high energy cosmic rays. CREAM collected about 70 days of data with two successful flights. Korean group constructed SCD (Silicon Charge Detector) for the charge measurement of CREAM experiment - single layer for CREAM-I and dual layer for CREAM-II. The charge measurement of the SCD covers proton to iron with a good linearity. Details of the construction, tests and flight performance are presented. Also the current status of the flight data analysis and the preparation for the next flight are presented. The relative abundance of the high energy cosmic rays with the energy higher than 600 GeV/n (Giga electron-volt per nucleon, 10^(9) eV/n) is estimated based on the CREAM-II data.;CREAM 실험은 100 GeV 부터 1 PeV 에 이르는 고 에너지 우주선의 원소별 스펙트럼을 수소 핵부터 철 핵에 해당되는 구간에 걸쳐 측정하기 위해 디자인되었다. CREAM은 풍선을 사용하는 실험이므로 우주선 입자의 1차 입자 상태를 직접 측정할 수 있으며, 이는 고 에너지 우주선의 근원, 전파 그리고, 가속에 대한 모형을 연구하는데 많은 도움을 줄 수 있다. CREAM은 지금까지 두 번의 비행을 통해 70일간의 데이터를 축적했다. 한국 그룹은 CREAM 실험 중에서 원자핵의 전하량을 측정하는 검출기인 반도체 검출기(SCD)를 개발하였다. CREAM의 첫 번째 비행을 위해서는 단층의 반도체 검출기가, 두 번째 비행을 위해서는 복층의 반도체 검출기가 각각 개발되어 사용되었다. 반도체 검출기는 수소 핵부터 철 핵에 이르기까지의 범위내의 전하량 검출을 매우 선형적으로 측정할 수 있다. 이 논문에는 반도체 검출기의 제작, 테스트들 그리고 실험 중의 성능에 대한 자세한 사항이 서술되어 있다. 또한 비행으로부터 얻은 데이터의 분석의 현재 상황과 다음 번의 비행을 위한 준비사항도 덧붙여 기록되었다. 600 GeV/n 이상 되는 고 에너지 우주선 입자의 입자당 상대적인 원소비가 두 번째의 CREAM 실험 데이터를 통하여 구하여졌다.