東大ら，世界最高ミュオグラフィ観測精度を達成

東京大学，九州大学，英シェフィールド大学ら国際研究グループは，世界初となる海底ミュオグラフィセンサーアレイ（HKMSDD：Hyper KiloMetric Submarine Deep Detector）により，2時間の時間分解能で密度の時間変化にして3パーミル（千分の3）（約1日の時間分解能では1.5パーミル（1万分の15））の世界最高観測精度を達成した（ニュースリリース）。

ミュオンは銀河系における超新星爆発などの高エネルギーイベントによって加速される宇宙線と地球大気が反応してできる素粒子の一つ。

ミュオンは主に対流圏上層部において生成されるが，地表に到達するまでに局地的な気圧の変化に応じてその減衰量が変わる。陸上におけるミュオグラフィ観測では，気圧の時間変化の影響を受けるため，1%を切る密度の時間変化を捉えることは難しかった。

研究グループは，HKMSDDの一部を東京湾アクアライン海底トンネル内部に設置し，この東京湾海底（Tokyo-Bay Seafloor）HKMSDD（TS-HKMSDD）を用いて，令和3年6月1日〜8月18日までの79日間の長期観測を実施し，得られたデータと天文潮位データとを比較した。

ミュオンは透過力が強く，東京湾の海水を通り抜けた後，更に海底の岩盤を貫通し，アクアライン内部に設置してあるセンサーに到達する。このミュオンの到達数を時間毎に計数することで，海水の厚み，即ち海水準の変動を測定することができる。

逆に，海水準の変動を活用して，海底ミュオグラフィの観測精度を検証することもできる。ミュオグラフィ測定の時間分解能，空間分解能，測定範囲は，トンネル内にインストールするセンサーモジュールの敷設範囲，敷設密度を上げることによって向上する。

一方，海底下においては，測定装置の上に位置する海水の「吸い上げ効果（IBE）」によってミュオンフラックスの時間変化の大部分を補償する。その結果，陸域での観測精度をオーダーで改善した2時間の時間分解能で3パーミル（千分の3）（約1日の時間分解能では，1.5パーミル（１万分の15））の観測精度を達成した。尚，前者の3パーミルは天文潮位を正解とした値からのずれの標準偏差，後者の1.5パーミルはLunar day（月の1日）単位では海水準が変動しないと仮定した時のゆらぎの標準偏差を示す。

これにより，国内外の港湾部における地震や台風などによる津波，また海底地形の時間変化を精度良くイメージングできる。研究グループは今後，東京湾の堆積物構造や温室効果ガス（メタン）の実態把握など，海底下空間利用に係る評価への活用が期待されるとしている。