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| 別名 | グランド |
|---|---|
| 望遠鏡スタイル | ニュートリノ検出器 電波望遠鏡 |
| Webサイト | グランド |
巨大ニュートリノ電波検出器（GRAND）は、 10 17 eVを超えるエネルギーを持つ宇宙線、ニュートリノ、光子などの超高エネルギー宇宙粒子を収集するように設計された、提案されている大規模な検出器です。このプロジェクトの目的は、それらの起源の謎と宇宙自体の初期段階を解明することです。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20万台の受信機の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、銀河の中心にあるブラックホールや一部の天体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します。これらのニュートリノは、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天文学者が発見するのに役立つ可能性があります。ニュートリノが地球に到達すると、空気中または地上の粒子と衝突して二次粒子のシャワーを作り出すことがよくあります。これらの二次粒子は無線アンテナで拾うことができ、研究者は最初のニュートリノの軌道を計算し、発生源までさかのぼることができます。[1] [2] このコンセプトは2017年に初めて発表されました。[3]
巨大な電波検出器アレイは、世界中のさまざまな場所に約20万平方キロメートル（77,000平方マイル）に広がる1万個のグループに分かれた20万個の低コストアンテナで構成されます。[2]これにより、世界最大の検出器になります。20万個のアンテナの建設、設置、ネットワーク化には、土地と人件費のレンタル料を除いて、約2億2,600万ドルかかります。 [1 ]
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す。[5]天体物理学的タウニュートリノ（
ν
τ) はタウによって引き起こされる広範囲空気シャワー(EAS)を通じて検出できる(
τ−
) は大気中で崩壊します。[3]大気中での短寿命のタウ崩壊は、数百MHzの周波数までの測定可能な電磁放射を放出する EAS を生成します。[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、60-200 MHz 帯域で動作することが予想されます。[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取り付けられ、グリッド内の各アンテナは正方形のグリッド内に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以上で4 x10 −10 GeV cm −2 s −1 sr −1の全フレーバー感度に到達します。 GRANDは1度未満の角度分解能を備えているため、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、多数の無線過渡現象、高速無線バースト、巨大無線パルスの発見と追跡、および再電離時代の正確な研究が可能になります。[5]
研究者らは、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る。[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。フェーズ 1 は GRANDProto35 と呼ばれ、35 のアンテナと 24 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 つ以上のシンチレータからの信号で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]これまでのところ、このシステムは最大20 kHz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）のエリア内にGRANDProto300と呼ばれる専用セットアップが設置される。[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大規模な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]この場所は、中国の新疆ウイグル自治区、内モンゴル自治区、雲南省、甘粛省に設置される予定です。 [5]資金が調達されれば、後期段階では2025年にGRAND10kが建設され、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
- ^ Ryan F. Mandelbaum (2018年10月31日). 「天文学者、これまで検出された中で最もエネルギーの高い粒子を解明するために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.
- ^ abcdefg 牙、柯;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 - ホームページ: FAQ。
- ^ abcdefg 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 物理・力学・天文学. 63 (1): 219501. arXiv : 1810.09994 . Bibcode :2020SCPMA..6319501A. doi :10.1007/s11433-018-9385-7. S2CID 119515819.