[论文解读] Status of the TREND project

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

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 5

一句话总结

TREND项目通过在天山21CMA站点部署50个天线的阵列，实现了自触发、自主运行的广延空气簇射（EAS）无线电探测，自2011年3月起稳定运行。通过与粒子探测器的符合测量，验证了EAS无线电候选事件，29天内确认了13起符合事件，实现了1°的角分辨率和15%的幅度分辨率，完成天空重建。

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.

研究动机与目标

• 开发并验证一种基于大型天线阵列的自触发、自主运行的高能广延空气簇射（EAS）无线电探测系统。
• 证明仅通过无线电波信号即可识别EAS的可行性，独立于粒子探测器。
• 通过收集大量统计数据并深化对簇射辐射机制的理解，推动EAS无线电探测技术的成熟。
• 建立稳定、长期运行的阵列，为未来高能中微子探测奠定基础。
• 优化基于相干无线电辐射特征识别EAS无线电候选事件的算法。

提出的方法

• 2009年在天山21CMA站点部署6个天线的原型系统，用于测试自主运行的EAS无线电探测。
• 扩展为覆盖约1.2 km²的50个天线阵列，自2011年3月起持续运行。
• 实施信号处理算法，以检测≤300 ns的瞬态信号和EAS特征的平面波前。
• 利用地面辐射图案分析，识别远离簇射轴线时的快速幅度下降，表明存在相干辐射。
• 通过阵列中各天线的信号到达时间差重建EAS轨迹，实现约1°的角分辨率。
• 与并行的粒子探测器阵列进行符合分析，验证无线电候选事件为宇宙射线事件。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过大型天线阵列实现对广延空气簇射的自主无线电探测？
• RQ2 如瞬态信号和波前平面性等无线电特征是否能可靠地区分EAS与背景电磁噪声？
• RQ3 无线电探测技术是否具备足够的角分辨率和幅度分辨率，以准确重建EAS轨迹？
• RQ4 无线电候选事件与粒子探测到的宇宙射线簇射之间是否存在可测量的符合关系？
• RQ5 无线电探测方法是否可扩展至高统计量数据采集，以深化对簇射辐射机制的理解？

主要发现

• TREND原型系统于2009年成功实现基于无线电信号的自主EAS探测，标志着无线电探测技术发展的重要里程碑。
• 在29天的混合数据运行期间，共确认13起EAS无线电候选事件为宇宙射线事件，通过与粒子探测器的符合测量。
• 50个天线阵列自2011年3月起稳定运行，覆盖面积约1.2 km²。
• 天空轨迹重建实现了约1°的角分辨率和15%的幅度分辨率。
• 重建的EAS无线电候选事件辐射图案显示，幅度随距离簇射轴线呈清晰的指数衰减，拟合得到的衰减长度为393 m。
• 无线电探测算法成功基于相干辐射特征（包括瞬态信号和波前平面性）识别出EAS候选事件。