利用闪烁体探测器外围阵列提高ARGO-YBJ实验灵敏度

ARGO-YBJ experiment, with a large full coverage RPC array, aims to surveying Very High Energy(VHE) gamma ray sources, extended sources and AGN transient emissions,etc. Many important results have been obtained. Here, it is proposed that a new outer array consisting of 100 scintillator detectors will be installed around ARGO Hall to extend the total effective detection area from 6500m2 to 20000m2. With the complex observation of ARGO array and outer one,it will exclude the external events of low nhit greatly in ARGO data analyis and elevate the precisions of the cores and direction reconstructions.With the better sensitivity of ARGO array, more physical results will be gained in studying on point sources and diffuse gamma radiation,as well as the transient phenomena related to AGNs.

ARGO-YBJ实验利用全覆盖阻性板探测器（RPC）阵列研究甚高能伽马点源、扩展源以及AGN时变现象等相关物理内容，已经取得了多项重要成果。本项目建议在ARGO-YBJ实验阵列周围搭建起由100个塑料闪烁体探测器组成的外围阵列，由此增加ARGO外围探测区域，使总的有效探测面积由原来的6500平方米扩展到接近20000平方米。这样利用由ARGO阵列和塑闪探测器阵列组成的复合观测实验将会明显提高ARGO对低能芯外事例的判断能力和芯位、方向重建精度，进而达到提高ARGO阵列的灵敏度的目标。该项实验预计会在点源尤其是扩展源的寻找、银道面弥散伽马辐射以及AGN时变现象等研究方面取得新的进展。

研究高能gamma辐射，寻找宇宙线源是近年来的重要课题。本项目基于ARGO-YBJ实验和高海拔宇宙线观测站（LHAASO）项目，开展提高探测器灵敏度，实现相关科学研究的目的。首先按计划初步完成了一期探测器阵列的搭建和运行任务。同时，开展物理分析，1）对活动星系核Mrk421开展了4.5年的长期连续多波段观测，首次系统研究爆发期能谱演化特征，为研究活动星系核高能辐射机制及其爆发机制提供了重要证据。2）证认扩展源ARGO J2031+4157为GeV源Cygnus Cocoon在TeV的对应体。3） 对MGRO J2019+37开展了多波段数据(Integral、XMM-Newton、Fermi)分析等。其次，基于羊八井小型阵列实验，对于探测器灵敏度进行了研究，获得预期的月影结果。同时发展出一套标准的探测器及阵列标定方法，进而推广至LHAASO-KM2A。再次，开展LHAASO电磁粒子探测器的优化设计以及性能研究，开发和研制成功探测灵敏单元、小尺寸光电倍增管、电源系统、电子学系统以及数据获取系统。特别地，是实现基于WR的精密时钟分布系统在高海拔实验的首次应用，获得良好的效果。借助与厂家合作研制成功的两种小尺寸光电倍增管，完成其“阳极+打拿极”双重读出的分压器设计，确保光电倍增管的线性度满足4个量级动态测量范围的响应。所有这些，均确保实现电磁粒子探测器的定型设计，并且其性能特点满足LHAASO项目的实验要求。最后，将探测器阵列正式并入ASgamma阵列实验中，扩大了探测器阵列的规模，参与100TeV高能gamma源的观测研究，目前已经取得预期的月影和日影结果。由于实验测试工作仍在继续，积累更多的实验数据，预计未来会取得不错的成果。基于本项目的资助，项目组成员等以通讯作者或者第一作者在高能物理或天体物理的国际国内核心期刊上发表了多篇文章，另外还有多篇会议文章。本项目的研究奠定了LHAASO在电磁粒子探测器阵列实验方面的基础，为增强高能gamma天文领域的研究和寻找宇宙线源起到重要作用。