一次宇宙線が大気に飛び込むと、単独の粒子だったものが次々と枝分かれし、無数の二次粒子の集団を作り出します。 この現象を大気シャワー（空気シャワー）と呼びます。 シャワーは地表に到達するころには、地上の広い範囲に同時に降り注ぐ粒子の集団になっています。
シャワーが広がる仕組み #
一次宇宙線が大気上層の原子核と衝突すると、パイ中間子などの二次粒子が生成されます。 これらの粒子はさらに空気中の原子核と反応したり崩壊したりして、ねずみ算式に粒子の数を増やしていきます（カスケード）。
生成された粒子は、もとの一次宇宙線の進行方向にほぼ沿って広がりながら地表に向かいます。 その結果、地表では中心から数十〜数百メートル、規模の大きなシャワーでは数キロメートル四方にわたって、多数のミューオンなどがほぼ同時に降り注ぐことになります。
シャワーの規模とエネルギー #
もとの一次宇宙線のエネルギーが高いほど、生成される二次粒子の数は多く、シャワーが広がる範囲も大きくなります。 非常に高エネルギーの宇宙線によるシャワーでは、地表に到達する粒子が数キロメートル四方に及ぶこともあります。
複数地点での同時観測 #
1台の検出器では、シャワーの中を通過したミューオンの一部しか捉えられません。 しかし、離れた場所に検出器を複数台設置し、ほぼ同時刻に発生したイベントを探すことで、同じ大気シャワーに由来する複数のヒットを結びつけて捉えることができます。
検出器の間隔を広げるほど、より大規模で高エネルギーなシャワーを観測できる可能性が高まります。 逆に検出器を密に配置すれば、シャワー内部の粒子分布を詳しく調べることができます。
OSECHIでの大気シャワー観測への挑戦 #
OSECHIは1台でもコインシデンス測定によってミューオンイベントを記録できます。 これを応用して、複数台を離れた場所に同時稼働させ、大気シャワー由来のイベントを探すという観測は、まだ実現に向けて取り組んでいる段階です。
広い地域に設置された多数のOSECHIが同時にデータを取ることができれば、市民科学プロジェクトとして大規模な宇宙線シャワーの観測に挑戦できます。 参加者と一緒にこの観測を実現していくことも、OSECHIが目指すゴールのひとつです。