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磁気圏物理学：地球近傍空間におけるアルベド中性子崩壊と中性子密度からの電子の測定
Nature 552, 7685 doi: 10.1038/nature24642
銀河は、宇宙線粒子で満たされており、その大半は、運動エネルギーが数百メガ電子ボルト以上の陽子である。地球の周りには、捕捉されたエネルギーの高い陽子や電子などの粒子が、約500～4万kmの高度でヴァンアレン放射帯の中を回っている。こうした放射帯が60年前に発見されたすぐ後に、放射帯内帯の陽子（運動エネルギーが数十から数百メガ電子ボルト）の主な供給源が宇宙線アルベド中性子崩壊（CRAND）であることが分かった。この過程では、上層大気に到達した宇宙線が中性原子と相互作用してアルベド中性子が生成される。このアルベド中性子はβ崩壊を起こしやすいので、地磁気に捕捉された陽子と電子の供給源になる可能性がある。こうした陽子は、中性子の運動エネルギーの大半を保持していると考えられるが、その一方で電子のエネルギーはより低く、1 MeV未満であると考えられる。しかし、中性子の崩壊率はほぼ一定なはずだが、ヴァンアレン帯内帯の電子強度が大きく変化し得ることが測定によって示されているため、電子の供給源がCRANDであるかどうかははっきりしていない。本論文では、放射帯内帯の内端近傍の相対論的電子の測定結果を報告する。我々は、こうした電子の主な供給源が実際にCRANDであり、この過程が放射帯内帯の他の場所の電子にも寄与していることを実証する。さらに、CRANDによって生成された電子の強度を測定することで、地球近傍の空間における中性子密度が2 × 10− 9 cm−3であると実験的に決定し、理論上の推定値を確認した。
