ニュートリノ検出のための巨大電波アレイ
| 別名 | グランド |
|---|---|
| Webサイト | グランド |
 |
巨大ニュートリノ検出電波アレイ（GRAND ）は、 10⁻⁴eVを超えるエネルギーを持つ宇宙線、ニュートリノ、光子といった超高エネルギー宇宙粒子を収集するために設計された大規模検出器の提案です。このプロジェクトは、それらの起源と宇宙そのものの初期段階の謎を解明することを目的としています。国際的な研究者グループによって策定されたこの提案では、世界中の山脈に20万台の受信機アレイを設置することが求められています。
概要
GRAND検出器は、銀河中心のブラックホールや一部のブラックホールから放出されるエキゾチックな粒子であるニュートリノを探査します。これらのニュートリノは、天文学者が超高エネルギー宇宙線と呼ばれる他の高エネルギー粒子の発生源を発見するのに役立つ可能性があります。ニュートリノは地球に到達すると、空気中または地上の粒子と衝突し、二次粒子のシャワーを発生させます。これらの二次粒子は電波アンテナで受信できるため、研究者は最初のニュートリノの軌道を計算し、発生源まで遡ることができます。[ 1 ] [ 2 ] このコンセプトは2017年に初めて発表されました。[ 3 ]
この巨大な電波検出器アレイは、世界各地の約20万平方キロメートル（7万7000平方マイル）の敷地に、1万基ずつ20万基の低コストアンテナを配置して構成されます。 [ 2 ]これにより、世界最大の検出器となります。20万基のアンテナの建設、設置、ネットワーク化には、土地と人件費を除いて約2億2600万米ドル[ 1 ]の費用がかかります。 [ 4 ]
原理
GRANDの戦略は、超高エネルギー（UHE）宇宙線、ガンマ線、ニュートリノの相互作用の結果として地球大気中に発生する粒子シャワーからの電波放射を検出することである。[ 5 ]天体物理学的タウニュートリノ（ντ）は、タウ（τ−）は大気中で崩壊する。[ 3 ]大気中での短寿命タウ崩壊は、数百MHzの周波数まで測定可能な電磁放射を放出するEASを生成する。[ 3 ]アンテナは、低周波数での短波背景ノイズを回避するために、60～200MHz帯域で動作することが予想されている。[ 3 ]
個々のアンテナはシンプルなボウタイ設計で、3 つの垂直なボウと、3 つの偏波方向すべてをサンプリングするための追加の垂直アームを備えています。[ 5 ]各アンテナは 1 本の 5 メートルの高さのポールに設置され、グリッド内の各アンテナは正方形グリッド内に 1 km 間隔で配置されています。 200,000 個のアンテナのフルアレイが構築されると、GRAND は5 x10 17 eVを超える範囲で4 x10 −10 GeV cm −2 s −1 sr −1の全フレーバー感度を実現します。 サブ度の角度分解能により、GRAND は定常および過渡的な UHE ニュートリノの点源も探索し、UHE ニュートリノ天文学の幕開けとなる可能性があり、多数の過渡電波、高速電波バースト、巨大電波パルスの発見と追跡、および再電離期の精密な研究が可能になります。[ 5 ]
研究者たちは、GRANDによってニュートリノの検出だけでなく、中心源を持つ銀河団、高速で回転する新生パルサー、活動銀河核、ガンマ線バーストの残光などの発生源の種類の区別も可能になると見積もっています。[ 3 ]
状態
技術開発とバックグラウンド除去戦略に関するシミュレーションと実験作業が進行中です。第1フェーズはGRANDProto35と呼ばれ、35台のアンテナと24台のシンチレータで構成され、中国の天山山脈に配備されています。 [ 3 ] 3台以上のシンチレータからの信号に同時にパルスが観測された場合、その信号が記録されます。2018年10月現在、GRANDProto35は試運転段階にあります。[ 5 ]現在、このシステムは最大20kHzのトリガーレートで100%の検出効率を達成しています。
次のステップは2020年に計画されており、300平方キロメートル（120平方マイル）の領域内にGRANDProto300と呼ばれる専用のセットアップです。[ 3 ]基本レイアウトは、後の段階と同様に、アンテナ間隔が1キロメートル（0.62マイル）の正方形グリッドです。 GRANDProto300は宇宙線生成ニュートリノを検出するには大きさが足りないため、代わりに非常に傾斜した宇宙線によって引き起こされる広範囲の空気シャワーを使用して実現可能性をテストし、宇宙線科学を行う機会を提供します。[ 5 ]このサイトは、中国の新疆ウイグル自治区、内モンゴル自治区、雲南省、甘粛省に設置されます。[ 5 ]資金が調達されれば、後期段階では2025年にGRAND10kが、最終的には2030年代にGRAND200k（受信機20万台）が建設される予定です。[ 5 ]
参照
参考文献
- ^ a bライアン・F・マンデルバウム (2018年10月31日). 「天文学者、史上最も高エネルギーの粒子を解明するため、巨大な新望遠鏡システムを提案」 . Gizmodo .
- ^ a bエイブリー・トンプソン (2018年10月31日). 「科学者たちはネブラスカ州ほどの大きさの望遠鏡を建設したい」 .ポピュラーメカニクス.
- ^ a b c d e f gファン、ケ;アルバレス＝ムニス、ハイメ。ラファエル・アウベス・バティスタ。他。 （2017年）。 「ニュートリノ検出用巨大電波アレイ（GRAND）：現在と展望」。第 35 回国際宇宙線会議の議事録 — PoS(ICRC2017)。 p. 996. arXiv : 1708.05128。土井: 10.22323/1.301.0996。S2CID 119364907。
- ^ GRAND - ホームサイト: FAQ .
- ^ a b c d e f g Fang, Ke; Álvarez-Muñiz, Jaime; Rafael Alves Batista; et al. (GRAND Collaboration) (2020). 「ニュートリノ検出のための巨大無線アレイ（GRAND）：科学と設計」. Science China Physics, Mechanics & Astronomy . 63 (1): 219501. arXiv : 1810.09994 . Bibcode : 2020SCPMA..6319501A . doi : 10.1007/s11433-018-9385-7 . S2CID 119515819 .
