รังสีคอสมิกสามารถช่วยเผยให้เห็นว่าพายุทอร์นาโดก่อตัวได้อย่างไร

พายุฝนฟ้าคะนองซูเปอร์เซลล์ขึ้นชื่อเรื่องพายุทอร์นาโดที่ทำลายล้างอย่างรุนแรง แต่ไม่ทราบแน่ชัดว่าพายุทอร์นาโดก่อตัวอย่างไรนั้นไม่เป็นที่เข้าใจแน่ชัด การศึกษาใหม่ชี้ให้เห็นว่านักวิทยาศาสตร์สามารถรวบรวมเบาะแสได้ด้วยความช่วยเหลือเพียงเล็กน้อยจากจักรวาล

Muons อนุภาคมูลฐานที่เหมือนกับอิเล็กตรอนรุ่นหนักสามารถทำได้เผยความกดอากาศภายในพายุฝนฟ้าคะนองและส่งผลให้เกิดพายุทอร์นาโดนักวิจัยรายงานในบทความที่ได้รับการยอมรับในการตรวจร่างกาย D- อนุภาคดังกล่าวเกิดจากรังสีคอสมิก ซึ่งเป็นกลุ่มอนุภาคพลังงานสูงจากอวกาศ รวมถึงโปรตอนด้วย เมื่อรังสีคอสมิกส่องเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ พวกมันจะผลิตมิวออนที่ตกลงมาบนโลก รวมถึงผ่านพายุทอร์นาโดด้วย

การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของพายุฝนฟ้าคะนองซูเปอร์เซลล์แนะนำว่าบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำภายในพายุมีส่วนทำให้เกิดพายุทอร์นาโด แต่นักวิทยาศาสตร์พยายามดิ้นรนที่จะวัดค่าภายในพายุทำลายล้าง Muons สามารถตรวจสอบแรงกดดันจากระยะไกลเพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว

“คุณสามารถใช้เทคนิคนี้ในการวัดความดันจากระยะไกลได้จริงๆ” นักฟิสิกส์ William Luszczak จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอกล่าว “ดังนั้น แทนที่จะต้องติดเซ็นเซอร์ความดันไว้ในพายุทอร์นาโด คุณสามารถวัดความดันได้จากระยะไกลห้ากิโลเมตร”

มิวออนมีความไวต่อความหนาแน่นของอากาศที่พวกมันผ่านไป ความกดอากาศที่ต่ำลงซึ่งสอดคล้องกับความหนาแน่นที่ลดลง หมายความว่ามีมิวออนจำนวนมากขึ้นจนถึงพื้น มิวออนส่วนเกินนั้นสามารถระบุได้ด้วยเครื่องตรวจจับบนพื้น

จากการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของพายุทอร์นาโดและรังสีคอสมิก นักวิจัยเสนอให้ใช้เครื่องตรวจจับขนาดใหญ่ที่กระจายไปทั่วพื้นที่ 1,000 ตารางเมตร นั่นอาจฟังดูเหมือนมาก แต่นักฟิสิกส์รังสีคอสมิกถูกใช้เพื่อสร้างเครื่องตรวจจับขนาดมหึมา การทดลอง GRAPES-3 ในเมืองอูตี ประเทศอินเดีย ซึ่งตรวจพบมิวออนบนพื้นที่ 25,000 ตารางเมตร ก่อนหน้านี้ได้ใช้อนุภาคเพื่อเปิดเผย

วิธีการขนาดใหญ่นั้นหมายถึงการรอคอยและหวังว่าพายุจะผ่านไปใกล้พอที่จะสังเกตได้ อีกทางเลือกหนึ่งคือสามารถขนส่งเครื่องตรวจจับแบบพกพาขนาดเล็กกว่าซึ่งมีพื้นที่ประมาณ 100 ตารางเมตรไปยังตำแหน่งที่คาดการณ์ว่าสภาพอากาศเลวร้ายได้

ก่อนหน้านี้ Muons เคยชินกับมันแล้ว- แต่นักฟิสิกส์ ฮิโรยูกิ ทานากะ แห่งมหาวิทยาลัยโตเกียวกล่าวว่า “ซูเปอร์เซลล์มีขนาดเล็กกว่าไซโคลนมาก… ด้วยเหตุนี้ เราจึงต้องมีพื้นที่การตรวจจับที่ใหญ่กว่ามาก” เขาตั้งคำถามว่าเครื่องตรวจจับที่จำเป็นสามารถพกพาได้จริงหรือไม่ และการวัดจะประสบความสำเร็จในสภาพแวดล้อมที่สมจริงหรือไม่

เขาอาจจะไม่ต้องรอนาน Luszczak และเพื่อนร่วมงานกำลังวางแผนทดสอบแนวคิดนี้ครั้งแรกในฤดูร้อนนี้