[논문 리뷰] Study of Forbush effects by means of muon hodoscopes

N. S. Barbashina, V. V. Borog외 11명|arXiv (Cornell University)|2007. 01. 10.

Geomagnetism and Paleomagnetism Studies인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 모스크바에 위치한 NEVOD 복합체의 뮤온 호도스코프(DECOR, TEMP, URAGAN)를 사용하여 간섭 감소 현상(Forbush decreases)에 의한 우주선 플럭스 변화를 조사한다. 뮤온 플럭스 감소는 뉴트론 모니터 감소의 약 1/3 수준이며, 태양 플라즈마 클라우드의 역학과 관련된 뮤온 플럭스 이방성의 방향 변화를 관측하여 태양 사건 기간 동안의 우주선 조절 및 자기장 영향에 대한 새로운 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

Muon rate variations during Forbush effects registered by means of muon detectors DECOR, TEMP and URAGAN operated in the experimental complex NEVOD (MEPhI, Moscow) have been studied, and comparative analysis with neutron monitor data has been performed. The ratio of values of Forbush decreases in muon and in neutron fluxes is about one third, and preliminary rigidity dependence of Forbush decrease amplitude using muon data has been also obtained (for 2.4 GV cut-off rigidity). The detection of muon flux in the hodoscopic mode allows to study the dynamics of muon flux anisotropy related with magnetic field perturbations. Results of analysis of data from the new unique muon detector URAGAN indicate the change of muon flux asymmetry direction during the Forbush decrease. This phenomenon is related with the motion of solar plasma cloud and hodoscope acceptance cone relative to each other.

연구 동기 및 목표

• NEVOD 실험 복합체에서 뮤온 호도스코프를 사용하여 우주선 플럭스의 간섭 감소 현상을 연구하기.
• 뮤온 플럭스 변화를 뉴트론 모니터 데이터와 비교하여 상대적 플럭스 감소를 정량화하기.
• 뮤온 데이터를 이용한 간섭 감소 진폭의 에너지 한계 의존성( rigidity dependence )을 조사하기.
• 간섭 사건 기간 동안 뮤온 플럭스 이방성의 변화를 분석하고, 태양 플라즈마 및 자기장 역학과의 관계를 탐구하기.
• URAGAN 검출기를 사용하여 간섭 감소 기간 동안 뮤온 플럭스 이방성의 방향 변화를 분석하기.

제안 방법

• NEVOD 복합체에서 뮤온 호도스코프(DECOR, TEMP, URAGAN)를 활용하여 뮤온 플럭스 변화를 측정하기.
• 우주선 플럭스 감소를 비교 분석하기 위해 뉴트론 모니터와 동시에 데이터를 수집하기.
• 간섭 감소 진폭의 에너지 한계 의존성을 평가하기 위해 2.4 GV의 절단 에너지 한계를 적용하기.
• 호도스코픽 측정 방식을 활용하여 뮤온 플럭스 이방성 분석을 통해 방향 변화 추적하기.
• 관측된 이방성 변화와 태양 플라즈마 클라우드의 상대 운동 및 검출기의 수용 원뿔 간의 상관관계 분석하기.
• 시간 해상도를 갖춘 뮤온 레이트 측정을 통해 간섭 사건 기간 동안의 동적 변화 연구하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 간섭 감소 기간 동안 뮤온 플럭스 변화는 뉴트론 모니터 데이터에서 관측된 변화와 정량적으로 어떻게 비교되는가?
• RQ2 뮤온 검출기 측정을 통해 유도된 간섭 감소 진폭의 에너지 한계 의존성은 무엇인가?
• RQ3 간섭 감소 기간 동안 뮤온 플럭스 이방성은 어떻게 변화하며, 이러한 변화의 원인은 무엇인가?
• RQ4 태양 플라즈마 클라우드의 운동과 관측된 뮤온 플럭스 이방성의 방향 변화 간의 관계는 무엇인가?
• RQ5 호도스코픽 뮤온 검출기는 자기장 교란과 관련된 우주선 도착 방향의 동적 변화를 감지할 수 있는가?

주요 결과

• 뮤온 플럭스의 간섭 감소 진폭은 뉴트론 모니터 데이터에서 관측된 값의 약 1/3 수준이다.
• 2.4 GV 절단 에너지 한계에서 뮤온 데이터를 이용하여 간섭 감소 진폭의 초보적 에너지 한계 의존성을 확보하였다.
• URAGAN 뮤온 검출기의 데이터는 간섭 감소 사건 기간 동안 뮤온 플럭스 이방성의 방향 변화를 보여주었다.
• 이러한 이방성 변화는 태양 플라즈마 클라우드와 검출기의 수용 원뿔 간의 상대 운동 때문인 것으로 기인된다.
• 호도스코픽 방식은 자기장 교란과 관련된 뮤온 플럭스의 동적 이방성 감지를 가능하게 한다.
• 결과적으로 뮤온 호도스코프가 높은 시간 해상도와 방향 해상도로 우주선 조절을 연구하는 데의 능력을 입증하였다.