The EUSO-SPB2 Fluorescence Telescope for the Detection of Ultra-High Energy Cosmic Rays
James H. Adams, Denis Allard, Phillip Alldredge, Luis Anchordoqui, Anna Anzalone, Matteo Battisti, Alexander A. Belov, Mario Bertaina, Peter F. Bertone, Sylvie … 展开作者
James H. Adams, Denis Allard, Phillip Alldredge, Luis Anchordoqui, Anna Anzalone, Matteo Battisti, Alexander A. Belov, Mario Bertaina, Peter F. Bertone, Sylvie Blin-Bondil, Julia Burton, Francesco S. Cafagna, Marco Casolino, Karel Černý, Mark J. Christ, Roberta Colalillo, Hank J. Crawford, Alexandre Creusot, Austin Cummings, Rebecca Diesing, Alessandro Di Nola, Toshikazu Ebisuzaki, Johannes Eser, Silvia Ferrarese, George Filippatos, William W. Finch, Flavia Flaminio, Claudio Fornaro, Duncan Fuehne, Christer Fuglesang, Diksha Garg, Alessio Golzio, Fausto Guarino, Claire Guépin, Tobias Heibges, Eleanor G. Judd, Pavel A. Klimov, John F. Krizmanic, Viktoria Kungel, Luke Kupari, Evgeny Kuznetsov, Massimiliano Manfrin, Wlodzimierz Marszal, John N. Matthews, Marco Mese, Stephan S. Meyer, Marco Mignone, Hiroko Miyamoto, Alexey S. Murashov, Jane M. Nachtman, Angela V. Olinto, Yasar Onel, Giuseppe Osteria, Beatrice Panico, Ètienne Parizot, Tom Paul, Miroslav Pech, Francesco Perfetto, Lech W. Piotrowski, Zbigniew Plebaniak, Jonatan Posligua, Guillaume Prévôt, Marika Przybylak, Patrick Reardon, Mary Hall Reno, Marco Ricci, Fred Sarazin, P. Schovánek, Valentina Scotti, Kenji Shinozaki, Jorge F. Soriano, Ben K. Stillwell, Jacek Szabelski, Yoshiyuki Takizawa, Daniil Trofimov, Fredrik Unel, Laura Valore, Tonia M. Venters, John Watts, Lawrence Wiencke, Hannah Wistrand, Roy Young
The Extreme Universe Space Observatory on a Super Pressure Balloon 2 (EUSO-SPB2) flew on May 13$^{\text{th}}$ and 14$^{\text{th}}$ of 2023. Consisting of two novel optical telescopes, the payload utilized next-generation instrumentation for the observations of extensive air showers from near space. One instrument, the fluorescence telescope (FT) searched for Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECRs) by recording the atmosphere below the balloon in the near-UV with a 1~$μ$s time resolution using 108 multi-anode photomultiplier tubes with a total of 6,912 channels. Validated by pre-flight measurements during a field campaign, the energy threshold was estimated around 2~EeV with an expected event rate of approximately 1 event per 10 hours of observation. Based on the limited time afloat, the expected number of UHECR observations throughout the flight is between 0 and 2. Consistent with this expectation, no UHECR candidate events have been found. The majority of events appear to be detector artifacts that were not rejected properly due to a shortened commissioning phase. Despite the earlier-than-expected termination of the flight, data were recorded which provide insights into the detectors stability in the near-space environment as well as the diffuse ultraviolet emissivity of the atmosphere, both of which are impactful to future experiments.
EUSO-TA ground based fluorescence detector: analysis of the detected events
EUSO-TA是一个地基荧光探测器，用于验证将在空间运行的超高能宇宙射线荧光探测器的设计。EUSO-TA利用JEM-EUSO计划开发的技术探测到了第一次空气簇射事件。它在美国犹他州的望远镜阵列（TA）站点运行。在望远镜阵列的Black Rock Mesa荧光探测器（TA-FDs）提供的外部触发下，EUSO-TA观测到了来自望远镜阵列中央激光设施和JEM-EUSO全球光系统原型等便携式激光器的9个超高能宇宙射线事件和几个激光事件。穿过EUSO-TA视场的宇宙射线事件（EUSO-TA探测到和未探测到的）的重建参数由望远镜阵列协作组提供。由于TA-FD的视场比EUSO-TA大（$\sim$大30倍），因此它们可以根据对大部分广泛的空气簇射轮廓（包括簇射最大值）的观测来重建宇宙线能量，而EUSO-TA只观测到一部分簇射，通常远离最大值。因此，对应于EUSO-TA信号的宇宙射线的能量看起来比实际的能量低。本文讨论了EUSO-TA探测到的宇宙线事件的分析。
EUSO-TA是探测超高能宇宙射线的天基JEM-EUSO飞行任务的一个探路者实验。EUSO-TA是一个高分辨率荧光望远镜，安装在望远镜阵列（TA）实验的Black Rock Mesa荧光探测器前面，位于美国犹他州。在技术援助地点，安装了一个用于校准目的的中央激光设施，因为它发射具有已知能量和几何形状的激光束。EUSO-TA由两个1 $\mbox{m}^2$菲涅尔透镜组成，视场为10.5°，将光线聚焦在光电探测器模块（PDM）上。PDM目前由36个Hamamatsu多阳极光电倍增管（MAPMT）组成，每个管有64个通道。前端读出由36个ASIC执行，两个FPGA板将数据发送到CPU和存储系统。该探测器于2015年2月安装。使用上述光源进行了测试，并对宇宙射线事件以及具有不同星等和颜色指数的恒星进行了观测。数据采集由TA荧光检测器触发，尽管自触发算法目前处于开发和测试的最后阶段。利用TA的大视场和表面探测器，重建了宇宙线簇射事件，并利用EUSO-Offline模拟了EUSO-TA探测器的响应。检测到的事件的模拟与数据进行比较，结果显示在这项工作中。
本文介绍了EUSO-SPB 2（Extreme Universe Space Observatory on a Super Pressure Balloon，Mission Two）望远镜的数据处理器（DP）。EUSO-SPB2是JEM-EUSO关于超长持续时间气球的科学计划的延续，始于EUSO-SPB1任务。EUSO-SPB2将搭载两台望远镜。一个是荧光望远镜，设计用于通过大气中簇射的紫外荧光发射来探测高能宇宙射线;另一个测量来自较低能量宇宙射线和其他光学背景的直接切伦科夫光发射，用于宇宙成因的τ中微子探测。DP是电子系统的组成部分，为两台望远镜中的每一台进行数据管理和仪器控制。DP控制前端电子设备，通过GPS系统用到达时间和有效载荷位置标记事件，为事件的时间同步提供信号，并测量望远镜的活时间和死时间。此外，它还管理用于数据存储的大容量存储器，并执行内务监控和控制通电和断电序列。由于超压气球可能在空中停留长达100天，因此对电子设备和数据处理的要求非常严格。DP在高海拔的非加压环境中运行，这对散热提出了技术挑战。在本文中，我们描述了系统的主要组成部分和设计开发的新任务。
EUSO-TA是一个地基望远镜，位于美国犹他州望远镜阵列（TA）的Black Rock Mesa站点。该仪器的主要目的是通过探测宇宙射线簇射产生的紫外线来观测超高能宇宙射线。EUSO-TA由两个1 m2的菲涅尔透镜组成，视场约为11 x11度。光聚焦在由36个滨松多阳极光电倍增管组成的光电探测器模块上，总共有2304个通道。在操作过程中，望远镜被放置在TA荧光检测器前面的一个棚子里。我们介绍了2015年和2016年EUSO-TA观测活动的结果，包括探测到的宇宙射线、流星和激光发射。还显示了当前仪器设置和探测器升级到第二阶段的详细情况。
Results from the first missions of the JEM-EUSO program
超高能宇宙射线（UHECR）的起源问题在当代天体粒子物理学中仍然是一个悬而未决的问题。JEM-EUSO方案的目标是实现专门研究UHECR物理学的空间飞行任务。在这一框架内已经开发了几种探测器，或正在开发之中。2013年安装在犹他州望远镜阵列站点的EUSO-TA正在运行。它与位于Black Rock Mesa的望远镜阵列荧光探测器同时探测到9个UHECR。EUSO-气球于2014年8月在平流层气球上飞行。它测量了森林、湖泊和城市的紫外线强度，并证实了激光跟踪再现的类似UHECR事件的观测结果。EUSO-SPB 1于2017年4月24日在一个超压气球上发射，飞行了12天。它证明了望远镜所有子系统的长期功能，并观察了海洋上的紫外线辐射。自2016年4月28日以来，罗蒙诺索夫卫星上的TUS现已被纳入JEM-EUSO计划，并在UHECR探测器模式下探测到了一些有趣的信号。Mini-EUSO在俄罗斯的整合工作已进入最后阶段，计划于8月22日$^{nd}$发射。总结了这些飞行任务迄今取得的主要成果，并将其用于未来的空间探测器，如K-EUSO和POEMMA。
Study of the calibration method using the stars measured by the EUSO-TA telescope
EUSO-TA是一个地面实验，放置在望远镜阵列站点的Black Rock Mesa，作为JEM-EUSO（极端宇宙空间天文台联合实验任务）计划的一部分。具有约10.6度x 10.6度视场的UV荧光成像望远镜由2304个像素（36个多阳极光电倍增管，每个64个像素）组成，以2.5微秒时间分辨率工作。带有两个菲涅尔透镜的实验装置允许与TA实验并行地测量超高能宇宙射线以及其他源，如闪电，紫外校准激光器的人工信号，流星和恒星。星星在作为点状光源穿过视场时增加像素计数。在这项工作中，我们讨论了EUSO荧光探测器的校准方法的基础上，从恒星的信号注册的EUSO-TA实验在几个运动。由于恒星的位置是已知的，信号的分析提供了一个机会，以确定探测器的指向精度。这可适用于空间或气球运载的EUSO任务。我们详细描述的分析方法，它提供了有关探测器参数的信息，如点扩散函数的形状，是执行绝对校准的EUSO相机的方式。
Neural Network Based Approach to Recognition of Meteor Tracks in the Mini-EUSO Telescope Data
Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Lomonosov Moscow State University（罗蒙诺索夫莫斯科国立大学斯科别利岑核物理研究所）；Faculty of Computational Mathematics and Cybernetics, Lomonosov Moscow State University（罗蒙诺索夫莫斯科国立大学计算数学与控制论系）；INFN（意大利国家核物理研究所）；Università di Torino（都灵大学）；INAF（意大利国家天体物理研究所）；Faculty of Physics, M.V. Lomonosov Moscow State University（M.V.罗蒙诺索夫莫斯科国立大学物理系）；RIKEN（理化学研究所）
