[論文レビュー] Status of the TREND project

O. Martineau‐Huynh|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

TRENDプロジェクトは、2011年3月以降安定稼働を続けるチエンシャン21CMA施設に設置された50アンテナアレイを用いて、広範囲な大気シャワー（EAS）の自律的電波検出を実証した。EASの電波候補を粒子検出器との一致で確認し、29日間で13件の一致事象を観測することで、電波検出技術の妥当性を裏付けた。また、天球再構成において1°の方位角分解能と15％の振幅分解能を達成した。

ABSTRACT

The Tianshan Radio Experiment for Neutrino Detection (TREND) is a sino-french collaboration (CNRS/IN2P3 and Chinese Academy of Science) developing an autonomous antenna array for the detection of high energy Extensive Air Showers (EAS) on the site of the 21CMA radio observatory. The autonomous detection and identification of EAS was achieved by TREND on a prototype array in 2009. This result was confirmed soon after when EAS radio-candidates could be tagged as cosmic ray events by an array of particle detectors running in parallel at the same location. This result is an important milestone for TREND, and more generally, for the maturation of the EAS radio-detection technique. The array is presently composed of 50 antennas covering a total area of ~1.2 km^2, running in steady conditions since March 2011. We are presently processing the data to identify EAS radio-candidates. In a long term perspective, TREND is intended to search for high energy tau neutrinos. Here we only report on the results achieved so far by TREND.

研究の動機と目的

• 大規模アンテナアレイを用いて、高エネルギー広範囲大気シャワー（EAS）の自己発火型自律的電波検出システムの開発と検証を行う。
• 粒子検出器に依存せずに、電波信号のみを用いてEASを同定する可能性を実証する。
• 大規模統計の収集とシャワー放射メカニズムの理解の向上により、EAS電波検出技術を熟成する。
• 将来の高エネルギーニュートリノ検出のための安定的で長期的な運用アレイを確立する。
• コherent電波放射の特徴に基づくEAS電波候補の同定に向けたアルゴリズムを最適化する。

提案手法

• 2009年、チエンシャン21CMA施設に6アンテナプロトタイプを設置し、自律的EAS電波検出の試験を実施した。
• 2011年3月以降、約1.2 km²をカバーする50アンテナアレイに拡張し、連続稼働を実現した。
• EASに特徴的な即時の（≤300 ns）変動と平面波フロントを検出するための信号処理アルゴリズムを実装した。
• 地面パターン解析を用いて、シャワー軸から離れるに従い急激に振幅が低下する現象を特定し、コherent放射を示す。
• アレイ全体における到着時刻差を用いてEASの軌道を再構成し、約1°の方位角分解能を達成した。
• 並列して設置された粒子検出器アレイとの一致解析により、電波候補が宇宙線イベントとして正当化された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模アンテナアレイを用いて、電波放射を用いてEASを自律的に検出できるか？
• RQ2 即時の変動や平面波フロントといった電波シグネチャは、背景電磁ノイズと区別できる信頼性の高いEASの特徴であるか？
• RQ3 電波検出技術がEAS軌道の正確な再構成に十分な方位角分解能と振幅分解能を達成できるか？
• RQ4 電波候補と粒子検出器で検出された宇宙線シャワーとの間に測定可能な一致が存在するか？
• RQ5 電波検出法は、シャワー放射の理解を向上させるために大統計データ収集にスケーラブルか？

主な発見

• TRENDプロトタイプは2009年に電波信号によるEASの自律的検出に成功し、電波検出技術開発における重要なマイルストーンを達成した。
• 29日間のハイブリッドデータ稼働期間中に、粒子検出器との一致により合計13件のEAS電波候補が宇宙線イベントとして確認された。
• 50アンテナアレイは2011年3月以降安定して稼働しており、約1.2 km²の範囲をカバーしている。
• 天球軌道再構成では、方位角分解能が約1°、振幅分解能が15％であった。
• 再構成されたEAS電波候補パターンは、シャワー軸からの距離に応じて明確な指数関数的振幅低下を示し、減衰長は393 mにフィットした。
• 電波検出アルゴリズムは、即時の変動や平面波フロントを含むコherent放射の特徴に基づき、EAS候補を効果的に同定した。