학술논문
Measurements of All-Particle Energy Spectrum and Mean Logarithmic Mass of Cosmic Rays from 0.3 to 30 PeV with LHAASO-KM2A
Document Type
Working Paper
Author
The LHAASO Collaboration; Cao, Zhen; Aharonian, F.; An, Q.; Axikegu, A.; Bai, Y. X.; Bao, Y. W.; Bastieri, D.; Bi, X. J.; Bi, Y. J.; Cai, J. T.; Cao, Q.; Cao, W. Y.; Cao, Zhe; Chang, J.; Chang, J. F.; Chen, A. M.; Chen, E. S.; Chen, Liang; Chen, Lin; Chen, Long; Chen, M. J.; Chen, M. L.; Chen, Q. H.; Chen, S. H.; Chen, S. Z.; Chen, T. L.; Chen, Y.; Cheng, N.; Cheng, Y. D.; Cui, M. Y.; Cui, S. W.; Cui, X. H.; Cui, Y. D.; Dai, B. Z.; Dai, H. L.; Dai, Z. G.; Danzengluobu; della Volpe, D.; Dong, X. Q.; Duan, K. K.; Fan, J. H.; Fan, Y. Z.; Fang, J.; Fang, K.; Feng, C. F.; Feng, L.; Feng, S. H.; Feng, X. T.; Feng, Y. L.; Gabici, S.; Gao, B.; Gao, C. D.; Gao, L. Q.; Gao, Q.; Gao, W.; Gao, W. K.; Ge, M. M.; Geng, L. S.; Giacinti, G.; Gong, G. H.; Gou, Q. B.; Gu, M. H.; Guo, F. L.; Guo, X. L.; Guo, Y. Q.; Guo, Y. Y.; Han, Y. A.; He, H. H.; He, H. N.; He, J. Y.; He, X. B.; He, Y.; Heller, M.; Hor, Y. K.; Hou, B. W.; Hou, C.; Hou, X.; Hu, H. B.; Hu, Q.; Hu, S. C.; Huang, D. H.; Huang, T. Q.; Huang, W. J.; Huang, X. T.; Huang, X. Y.; Huang, Y.; Huang, Z. C.; Ji, X. L.; Jia, H. Y.; Jia, K.; Jiang, K.; Jiang, X. W.; Jiang, Z. J.; Jin, M.; Kang, M. M.; Ke, T.; Kuleshov, D.; Kurinov, K.; Li, B. B.; Li, Cheng; Li, Cong; Li, D.; Li, F.; Li, H. B.; Li, H. C.; Li, H. Y.; Li, J.; Li, Jian; Li, Jie; Li, K.; Li, W. L.; Li, X. R.; Li, Xin; Li, Y. Z.; Li, Zhe; Li, Zhuo; Liang, E. W.; Liang, Y. F.; Lin, S. J.; Liu, B.; Liu, C.; Liu, D.; Liu, H.; Liu, H. D.; Liu, J.; Liu, J. L.; Liu, J. Y.; Liu, M. Y.; Liu, R. Y.; Liu, S. M.; Liu, W.; Liu, Y.; Liu, Y. N.; Lu, R.; Luo, Q.; Lv, H. K.; Ma, B. Q.; Ma, L. L.; Ma, X. H.; Mao, J. R.; Min, Z.; Mitthumsiri, W.; Mu, H. J.; Nan, Y. C.; Neronov, A.; Ou, Z. W.; Pang, B. Y.; Pattarakijwanich, P.; Pei, Z. Y.; Qi, M. Y.; Qi, Y. Q.; Qiao, B. Q.; Qin, J. J.; Ruffolo, D.; Sáiz, A.; Semikoz, D.; Shao, C. Y.; Shao, L.; Shchegolev, O.; Sheng, X. D.; Shu, F. W.; Song, H. C.; Stenkin, Yu. V.; Stepanov, V.; Su, Y.; Sun, Q. N.; Sun, X. N.; Sun, Z. B.; Tam, P. H. T.; Tang, Q. W.; Tang, Z. B.; Tian, W. W.; Wang, C.; Wang, C. B.; Wang, G. W.; Wang, H. G.; Wang, H. H.; Wang, J. C.; Wang, K.; Wang, L. P.; Wang, L. Y.; Wang, P. H.; Wang, R.; Wang, W.; Wang, X. G.; Wang, X. Y.; Wang, Y.; Wang, Y. D.; Wang, Y. J.; Wang, Z. H.; Wang, Z. X.; Wang, Zhen; Wang, Zheng; Wei, D. M.; Wei, J. J.; Wei, Y. J.; Wen, T.; Wu, C. Y.; Wu, H. R.; Wu, S.; Wu, X. F.; Wu, Y. S.; Xi, S. Q.; Xia, J.; Xia, J. J.; Xiang, G. M.; Xiao, D. X.; Xiao, G.; Xin, G. G.; Xin, Y. L.; Xing, Y.; Xiong, Z.; Xu, D. L.; Xu, R. F.; Xu, R. X.; Xu, W. L.; Xue, L.; Yan, D. H.; Yan, J. Z.; Yan, T.; Yang, C. W.; Yang, F.; Yang, F. F.; Yang, H. W.; Yang, J. Y.; Yang, L. L.; Yang, M. J.; Yang, R. Z.; Yang, S. B.; Yao, Y. H.; Yao, Z. G.; Ye, Y. M.; Yin, L. Q.; Yin, N.; You, X. H.; You, Z. Y.; Yu, Y. H.; Yuan, Q.; Yue, H.; Zeng, H. D.; Zeng, T. X.; Zeng, W.; Zha, M.; Zhang, B. B.; Zhang, F.; Zhang, H. M.; Zhang, H. Y.; Zhang, J. L.; Zhang, L. X.; Zhang, Li; Zhang, P. F.; Zhang, P. P.; Zhang, R.; Zhang, S. B.; Zhang, S. R.; Zhang, S. S.; Zhang, X.; Zhang, X. P.; Zhang, Y. F.; Zhang, Yi; Zhang, Yong; Zhao, B.; Zhao, J.; Zhao, L.; Zhao, L. Z.; Zhao, S. P.; Zheng, F.; Zhou, B.; Zhou, H.; Zhou, J. N.; Zhou, M.; Zhou, P.; Zhou, R.; Zhou, X. X.; Zhu, C. G.; Zhu, F. R.; Zhu, H.; Zhu, K. J.; Zuo, X.
Source
Physical Review Letters 132, 131002 (2024)
Subject
Language
Abstract
We present the measurements of all-particle energy spectrum and mean logarithmic mass of cosmic rays in the energy range of 0.3-30 PeV using data collected from LHAASO-KM2A between September 2021 and December 2022, which is based on a nearly composition-independent energy reconstruction method, achieving unprecedented accuracy. Our analysis reveals the position of the knee at $3.67 \pm 0.05 \pm 0.15$ PeV. Below the knee, the spectral index is found to be -$2.7413 \pm 0.0004 \pm 0.0050$, while above the knee, it is -$3.128 \pm 0.005 \pm 0.027$, with the sharpness of the transition measured with a statistical error of 2%. The mean logarithmic mass of cosmic rays is almost heavier than helium in the whole measured energy range. It decreases from 1.7 at 0.3 PeV to 1.3 at 3 PeV, representing a 24% decline following a power law with an index of -$0.1200 \pm 0.0003 \pm 0.0341$. This is equivalent to an increase in abundance of light components. Above the knee, the mean logarithmic mass exhibits a power law trend towards heavier components, which is reversal to the behavior observed in the all-particle energy spectrum. Additionally, the knee position and the change in power-law index are approximately the same. These findings suggest that the knee observed in the all-particle spectrum corresponds to the knee of the light component, rather than the medium-heavy components.
Comment: 8 pages, 3 figures
Comment: 8 pages, 3 figures