Зміни поміж мюонів, які потрапляють на чутливі детектори, дозволяють заздалегідь помітити коливання поверхні моря і приготуватися до приходу руйнівної хвилі.
Один з мюонних детекторів TS-HKMSDD / © Hiroyuki Tanaka, Muographix
Для багатьох густонаселених прибережних регіонів цунамі становлять величезну небезпеку, особливо з урахуванням слабкої передбачуваності приходу хвиль з океану. Щоб вчасно помітити загрозу і вжити термінових заходів, за появою цунамі стежать за допомогою різних інструментів і методів.
За змінами рівня води спостерігають супутники та плаваючі в морі буї, датчики висоти припливів і коливань магнітного поля Землі. Новим і, можливо, найзручнішим інструментом для моніторингу цунамі можуть стати… детектори мюонів. Про першу таку роботу розповідається в статті Хіроюкі Танакі (Hiroyuki Tanaka) і його колег, опублікованій в журналі Scientific Reports.
Мюони – рухливі і нестабільні елементарні частинки. Вони виникають, коли високоенергетичні космічні промені врізаються у верхні шари земної атмосфери, породжуючи цілі зливи вторинних частинок. Довго мюони не існують, зате мають високу проникаючу здатність, встигаючи пройти крізь вражаючі товщі речовини, перш ніж розпастися. Щомиті через наше тіло пролітають сотні тисяч мюонів.
Тому для реєстрації цих частинок використовують детектори, розміщені під поверхнею Землі. Наприклад, TS-HKMSDD, з яким працювали японські вчені, розташований в тунелях підводного транспортного тунелю Tokyo Bay Aqua-Line, що проходить під дном Токійської затоки.
Чутливий інструмент здатний помічати слабкі коливання в мюонів, що приходять, пов’язані зі змінами обсягів води, крізь які проходять деякі з них на шляху до детекторів. Як би не була висока проникаюча здатність мюонів, чим більша товща рідини, через яку їм доводиться рухатися, тим більша частка частинок встигне розсіятися по шляху. Саме ці коливання дозволили японським вченим помітити наближення цунамі.
Автори розглянули свідчення TS-HKMSDD, отримані у вересні 2021 року, коли цунамі помірної сили пройшло в 400 кілометрах на південь від Токійської затоки. Дійсно, в цей період детектори зареєстрували мюонні коливання, дозволивши в режимі реального часу і з високою надійністю передбачити прихід хвилі. За словами вчених, такий метод швидше і дешевше звичайних, а необхідна апаратура порівняно проста в обслуговуванні.
Детектори мюонів – точні інструменти розміром всього в кілька метрів. Тільки в Токійській затоці їх змонтовано близько 20, а всього планується більше 500. Тому такі установки можна розмістити в багатьох регіонах, яким загрожує несподіваний прихід цунамі. Хіроюкі Танака додає, що новий підхід вже випробовують вчені у Фінляндії та Великобританії.