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超高エネルギー宇宙線が地球の大気に突入すると、大気中の窒素、酸素などの原子核と衝突して破壊し、 もっていたエネルギーを多数の粒子に分配します。 産み出された粒子もそれぞれ非常に高いエネルギーを持っているので周囲の原子核をさらに破壊して、 さらに多くの粒子を産み出します。 この過程をくり返して一個の宇宙線粒子から多数の粒子が産み出される現象を空気シャワーと呼びます。 超高エネルギー宇宙線による空気シャワーは最大発達点では直径数キロにも拡がる大規模なものとなります。 われわれの実験では、 地面に置いた粒子検出器(プラスチックシンチレータ検出器)で地表面での空気シャワー中の粒子数を測定して、 口径3メートルの反射望遠鏡で空気シャワー粒子が発生する微弱な大気蛍光を捕えます。 大気蛍光望遠鏡を用いた観測は月のでていない暗夜のみ可能で、観測時間効率は１０〜１２％程度ですが 宇宙線の到来方向やエネルギーを精度良く測定できます。 一方、地上粒子検出器による観測はエネルギー・到来方向の決定精度は若干落ちますが観測効率がよく、 より多くの超高エネルギー宇宙線(感度はAGASAの約９倍)をつかまえることが出来ます。 |
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観測装置はアメリカのユタ州ミラード郡の標高1400メートルの砂漠地帯に設置します。 上の図の四角い領域に空気シャワー粒子を検出するプラスチックシンチレータ検出器を１．２キロメートルずつ離して、 碁盤の目のように配置します。 大気蛍光観測のための反射望遠鏡ステーションは、上図の緑色の円の所(３か所)に設置します。 |
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反射望遠鏡ステーション |
反射望遠鏡のプロトタイプ。 |
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反射望遠鏡に使用する鏡は口径３メートルで、微弱な光を効率良く集められるように設計されています。 ６０キロメートル先に落ちた空気シャワーも観測することができます。 そのとき大気による光の散乱・吸収が問題になりますが、 各ステーションの上など数カ所に設置されたレーザーを用いて頻繁にチェックする予定です。 １ステーションには１２台の望遠鏡が設置されていて全部で方位角１０８°、 仰角３〜３４°の領域を観測しています。 |
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組立中の地表検出器用プラスチックシンチレータ。 表面の溝に波長変換剤を混入した光ファイバーを這わせ、これを通じてシンチレーターの光を 光電子増倍管まで導く。 |
フィールドに設置した地表粒子検出器 |
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粒子検出器は３平方メートルのプラスチックシンチレータを使用しています。 これを１．２キロメートル間隔で合計約５００台設置し、 全部で地表面積７００平方キロメートルをカバーします。 この粒子検出器部分だけでAGASAの約９倍の感度を持っています。 |
テレスコープアレイ実験
