Изменения в числе мюонов, которые попадают на чувствительные детекторы, позволяют заранее заметить колебания поверхности моря и приготовиться к приходу разрушительной волны.
Для многих густонаселенных прибрежных регионов цунами представляют огромную опасность, особенно с учетом слабой предсказуемости прихода волн из океана. Чтобы вовремя заметить угрозу и принять срочные меры, за появлением цунами следят с помощью различных инструментов и методов.
За изменениями уровня воды наблюдают спутники и плавающие в море буи, датчики высоты приливов и колебаний магнитного поля Земли. Новым и, возможно, самым удобным инструментом для мониторинга цунами могут стать… детекторы мюонов. О первой такой работе рассказывается в статье Хироюки Танаки (Hiroyuki Tanaka) и его коллег, опубликованной в журнале Scientific Reports.
Мюоны — подвижные и нестабильные элементарные частицы. Они возникают, когда высокоэнергетические космические лучи врезаются в верхние слои земной атмосферы, порождая целые ливни вторичных частиц. Долго мюоны не существуют, зато обладают высокой проникающей способностью, успевая пройти сквозь впечатляющие толщи вещества, прежде чем распасться. Ежесекундно через наше тело пролетают сотни тысяч мюонов.
Поэтому для регистрации этих частиц используют детекторы, размещенные под поверхностью Земли. Например, TS-HKMSDD, с которым работали японские ученые, расположен в тоннелях подводного транспортного тоннеля Tokyo Bay Aqua-Line, проходящего под дном Токийского залива.
Чувствительный инструмент способен замечать слабые колебания в количестве приходящих мюонов, связанные с изменениями объемов воды, сквозь которые проходят некоторые из них на пути к детекторам. Как бы ни была высока проникающая способность мюонов, чем больше толща жидкости, через которую им приходится двигаться, тем большая доля частиц успеет рассеяться по пути. Именно эти колебания позволили японским ученым заметить приближение цунами.
Авторы рассмотрели показания TS-HKMSDD, полученные в сентябре 2021 года, когда цунами умеренной силы прошло в 400 километрах к югу от Токийского залива. Действительно, в этот период детекторы зарегистрировали мюонные колебания, позволив в режиме реального времени и с высокой надежностью предсказать приход волны. По словам ученых, такой метод быстрее и дешевле обычных, а необходимая аппаратура сравнительно проста в обслуживании.
Детекторы мюонов — точные инструменты размером всего в несколько метров. Только в Токийском заливе их смонтировано около 20, а всего планируется более 500. Поэтому такие установки можно разместить во многих регионах, которым угрожает неожиданный приход цунами. Хироюки Танака добавляет, что новый подход уже испытывают ученые в Финляндии и Великобритании.