कस्मिक रे म्योन भौतिकशास्त्र

कस्मिक रे — सुपरनोभा र सक्रिय ग्यालेक्टिक न्यूक्लियसबाट आउने उच्च-ऊर्जायुक्त प्रोटोन र नाभिकहरू — निरन्तर रूपमा माथिल्लो वायुमण्डलमा ठोक्किन्छन्। करिब १५ किलोमिटर उचाइमा यिनीहरू वायुमण्डलीय नाभिकसँग टक्कर खाएर द्वितीयक कणहरूको झरी उत्पन्न गर्छन्। तीमध्ये म्योन हुन्छन्: इलेक्ट्रोनका भारी, अस्थिर नातेदार, जो नेपालको हरेक वर्ग सेन्टिमिटरमा झर्छन् — समुद्र सतहमा करिब प्रति मिनेट एक, र उचाइसँगै नाप्न मिल्ने गरी बढी।

HICS ले नेपालको पहिलो कस्मिक रे म्योन डिटेक्टर डिजाइन, स्थानीय निर्माण, र क्षेत्रमा तैनाथ गर्दैछ — देशको पहिलो उचाइ-ढाँचा म्योन फ्लक्स तथ्याङ्क तयार गर्न। नेपालसँग संसारकै सबैभन्दा ठूलो पहुँचयोग्य उचाइ दायरा छ — तराईदेखि ८,००० मिटरभन्दा अग्ला शिखरसम्म — जुन उचाइ-निर्भर कण भौतिकशास्त्रको प्राकृतिक प्रयोगशाला हो, तर अहिलेसम्म व्यवस्थित रूपमा प्रयोग गरिएको छैन।

विश्राममा रहेको म्योन करिब २.२ माइक्रोसेकेन्डमा क्षय हुन्छ — न्युटनीय भौतिकशास्त्र अनुसार त्यो जन्मस्थानदेखि भुइँसम्मको ~१५ किमी यात्रा गर्न नितान्त अपर्याप्त। तरै पनि म्योनहरू सतहमा प्रशस्त आइपुग्छन्। कारण हो सापेक्षतावादी समय-विस्तार: म्योन प्रकाशको गति नजिक यात्रा गर्छन्, त्यसैले हाम्रो दृष्टिकोणमा तिनको आन्तरिक घडी ढिलो चल्छ र प्रभावकारी आयु लोरेन्ज गुणकले तन्किन्छ।

वायुमण्डल पार गरेर डिटेक्टरसम्म आइपुग्ने म्योनको अंश विस्तारित आयुमा घातीय क्षय अनुसार हुन्छ:

उचाइसँगै म्योन फ्लक्स बढ्छ, किनकि माथि कम वायुमण्डल हुन्छ र कण उत्पन्न भएको ठाउँको नजिकै पत्ता लाग्छन्। कुनै बिन्दु माथिको वायुमण्डलको मात्रालाई वायुमण्डलीय गहिराइ भनिन्छ, जुन उचाइसँगै लगभग घातीय रूपमा घट्छ:

मध्य-अक्षांशमा फ्लक्स प्रति १,५०० मिटर उचाइमा लगभग दोब्बर हुन्छ। पूर्वी नेपालमा गाइगर–मुलर काउन्टरबाट पृष्ठभूमि विकिरण प्रति १,००० मिटर करिब १६% बढेको देखिएको छ (Neupane, 2024) — तर कुनै समर्पित म्योन डिटेक्टरले यो सम्बन्ध देशका लागि कहिल्यै नापेको छैन।

डिटेक्टर MIT मा विकसित खुला-स्रोत CosmicWatch v3X संरचनामा आधारित छ, र नेपालको वातावरणीय अवस्थाका लागि अनुकूलित गरिएको छ। यसले चार-चरणको पहिचान शृंखला प्रयोग गर्छ, र दुई इकाइ संयोग (coincidence) मोडमा चल्छन् — दुवैले न्यानोसेकेन्ड-स्तरको झ्यालभित्र पल्स दर्ता गर्दा मात्र घटना अभिलेख हुन्छ — जसले पृष्ठभूमि विकिरण र विद्युतीय हल्ला हटाएर साँचो म्योन छुट्याउँछ।

हरेक स्थलमा दुवै डिटेक्टर ठाडो रूपमा संयोग मोडमा राखिन्छन् र कम्तीमा आठ घण्टा निरन्तर अभिलेख गर्छन् — मापन गरिएको फ्लक्समा २% भन्दा कम सांख्यिकीय अनिश्चितताका लागि पर्याप्त। हरेक स्थानमा GPS निर्देशांक, उचाइ र वायुमण्डलीय अवस्था अभिलेख गरिन्छ, र सम्पूर्ण कच्चा तथ्याङ्क खुला रूपमा प्रकाशित हुन्छ।

हरेक स्थलको संयोग-दरलाई लाइभ-टाइम, डेड-टाइम, र ज्यामितीय स्वीकार्यताका लागि सच्याइन्छ, र प्रति वर्ग सेन्टिमिटर प्रति मिनेट फ्लक्सका रूपमा व्यक्त गरिन्छ। सच्याइएको फ्लक्सलाई वायुमण्डलीय गहिराइ (अनबोर्ड चापबाट ब्यारोमेट्रिक सूत्रमार्फत गणना गरिएको) र स्थापित विश्वव्यापी सम्बन्धसँग तुलना गरिन्छ। १२-बिट ADC बाट पल्स-आयाम (ऊर्जा) स्पेक्ट्रा हरेक उचाइमा द्वितीयक तथ्याङ्कका रूपमा अभिलेख गरिन्छ। सम्पूर्ण विश्लेषण Python मा, MIT लाइसेन्समा कच्चा तथ्याङ्कसँगै खुला रूपमा प्रकाशित।

डिटेक्टरसँगै तीन पाठ्यक्रम-अनुरूप खुला मोड्युल अङ्ग्रेजी र नेपालीमा विकास गरिन्छन्: आकाशबाट के झर्छ? (कक्षा ६–८), अदृश्यको मापन (कक्षा ९–१०), र नेपालको कस्मिक रे वेधशाला (कक्षा ११–१२)। हरेक प्रिन्ट गर्न मिल्ने ह्यान्डआउट र वास्तविक, स्थानीय रूपमा संकलित तथ्याङ्कमा आधारित।