基于高能μ介子粒子的革命性技术提供了关于风暴的新视角

(资料图片)

大气层中产生的高能μ介子粒子首次使研究人员有可能以传统的可视化方法，如卫星成像来检查风暴的结构。这种新方法的详细程度可以帮助研究人员模拟风暴和相关天气影响。这也可能发展出更准确的早期预警系统。

我们很难错过许多关于发生在全球各地区的严重风暴的新闻报道，这些风暴往往被归咎于气候变化。尽管天气预报和早期预警系统一直都很重要，但目前风暴活动的增加似乎使它们变得尤为重要。由东京大学Muographix的Hiroyuki Tanaka教授领导的一个科学家小组已经开发出一种新的方法，通过使用在我们头上经常发生的粒子物理学的一个怪癖来识别和分析热带气旋。

较红的区域是低压暖空气，绿色区域是高压冷空气。这张图片中的旋风大约有15公里高。一个近似于形状的线图叠加在可视化数据上。

"你可能已经看过从上面拍摄的气旋照片，显示出云层的漩涡。但我怀疑你是否曾从侧面看过气旋，也许是作为计算机图形，但从未作为实际捕获的传感器数据，"田中说。"我们为世界提供的就是这样的能力，从三维角度可视化大规模的天气现象，如旋风，而且是实时的。我们使用一种叫做muography的技术来做这件事，你可以认为它就像X射线，但用于看到真正巨大的物体内部。"

muography可以产生大型物体的X射线照片，如火山、金字塔、水体，以及首次产生的大气天气系统。闪烁器（Scintillators）是特殊的传感器，它们连接在一起形成一个网格，类似于你的智能手机的相机传感器上的像素。然而，这些闪烁体并不能看到光学光线。它们看到的是μ介子，当来自深空的宇宙射线与原子碰撞时在大气中产生。

这些是用于检测弱相互作用的μ介子粒子的传感器。每个闪烁器传感器都非常密集，以最大限度地提高μ介子与之相互作用的机会。这些传感器排列在一个网格中，可以形成μ介子经过的粗略图像，以到达传感器。资料来源：2022年田中弘幸KM公司

μ介子是特殊的，因为它们很容易穿过物质，而不像其他类型的粒子那样发生散射。但是，当它们穿过固体、液体、甚至气体物质时，它们的少量偏差可以揭示出它们在大气层和传感器之间的旅程细节。通过捕捉大量穿过某物的μ介子，可以重建它的图像。

田中说："我们成功地对一个气旋的垂直剖面进行了成像，这揭示了对了解气旋如何工作至关重要的密度变化。这些图像显示了经过日本西部鹿儿岛县的旋风的横截面。我很惊讶地看到，它有一个低密度的温暖核心，与高压寒冷的外部形成了鲜明的对比。用传统的压力传感器和摄影是绝对没有办法捕捉到这样的数据的"。

研究人员使用的探测器有一个90度的视角，但田中设想将类似的传感器结合起来，创建半球形的，因此是全方向的观测站，可以沿着海岸线的长度放置。这些站有可能看到300公里以外的气旋。尽管卫星已经在跟踪这些风暴，但muography提供的额外细节可以改善对即将到来的风暴的预测。

田中说："我们现在的下一个步骤之一将是完善这项技术，以便在不同的规模上检测和可视化风暴。这可能意味着不仅可以探测更大的风暴系统，而且可以对更多的当地天气状况进行更好的建模和预测。"

关键词： 研究人员 预警系统 可以产生

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