利用 FAST 探测超高能粒子的前景

自然界中最高能量粒子——超高能（UHE）宇宙射线的起源仍然未知。为了解开这一谜团，需要非常大的探测器来探测这些粒子的低通量，或者探测由其相互作用预测的尚未观测到的 UHE 中微子通量。“月球 Askaryan 技术”是一种同时实现这两者的方法。当高能粒子在致密介质中相互作用时，Askaryan 效应会产生 MHz--GHz 范围内的强烈相干辐射脉冲。通过使用射电望远镜观测月球并寻找纳秒级脉冲，整个可见月球表面（$20$ 百万 km$^2$）可用作 UHE 粒子探测器。大有效面积和宽带宽是月球观测的主要望远镜要求，这使得像五百米口径球面射电望远镜（FAST）这样的大型单孔径仪器非常适合该技术。在本文中，我们描述了月球 Askaryan 技术及其独特的观测要求。给出了 FAST 对 UHE 宇宙射线和中微子通量灵敏度的估计，并描述了利用 FAST 进行月球观测（特别是如果配备宽带相控阵馈源）探测 UHE 宇宙射线通量的方法。