Źródło zdjęcia: Fermilab
Niedawno ukończono setny detektor dla Obserwatorium Pierre Auger, dzięki czemu tablica jest największym na świecie detektorem promieniowania kosmicznego. Gdy już zadziała, detektor powinien być w stanie uchwycić niektóre z najbardziej energetycznych cząstek promienia kosmicznego - uderzają tylko w obszar o powierzchni 2,5 km2 raz w roku. Tajemnica tych wysokoenergetycznych cząstek polega na tym, że astronomowie nie mają pojęcia, co we Wszechświecie może je stworzyć. Długoterminowe plany obserwatorium obejmują docelowo 1600 detektorów do 2005 r.
Po ukończeniu budowy setnego detektora powierzchni, obserwatorium Pierre Auger, budowanego w Argentynie, ten tydzień stał się największym na świecie zestawem pryszniców z promieniowaniem kosmicznym. Dotychczasowy projekt Pierre Auger, zarządzany przez naukowców z Fermi National Accelerator Laboratory w Departamencie Energii, obejmuje szereg detektorów o powierzchni 70 mil kwadratowych, które śledzą najbardziej gwałtowne i być może najbardziej zagadkowe procesy w całym wszechświecie.
Promienie kosmiczne to cząstki pozaziemskie - zwykle protony lub cięższe jony - które uderzają w ziemską atmosferę i tworzą kaskady cząstek wtórnych. Podczas gdy promienie kosmiczne zbliżają się do Ziemi z szerokim zakresem energii, naukowcy od dawna wierzyli, że ich energia nie może przekroczyć 1020 woltów elektronów, około 100 milionów razy więcej niż energia protonów osiągalna w Tevatronie Fermilaba, najpotężniejszym akceleratorze cząstek na świecie. Jednak ostatnie eksperymenty w Japonii i Utah wykryły kilka takich promieni kosmicznych o bardzo wysokiej energii, rodząc pytania o to, jakie niezwykłe wydarzenia we wszechświecie mogły je wytworzyć.
„W jaki sposób natura stwarza warunki do przyspieszenia maleńkiej cząsteczki do takiej energii?” zapytał Alan Watson, profesor fizyki na Uniwersytecie w Leeds w Wielkiej Brytanii i rzecznik współpracy Pierre'a Augera z 250 naukowcami z 14 krajów. „Śledzenie cząstek o ultra wysokiej energii z powrotem do ich źródeł odpowie na to pytanie”.
Teoria naukowa może wyjaśniać źródła promieni kosmicznych o niskiej i średniej energii, ale pochodzenie tych rzadkich promieni kosmicznych o wysokiej energii pozostaje tajemnicą. Aby zidentyfikować kosmiczne mechanizmy wytwarzające mikroskopijne cząstki przy energii makroskopowej, współpraca Pierre'a Augera polega na zainstalowaniu układu, który docelowo będzie obejmował 1600 detektorów powierzchniowych w obszarze argentyńskiej Pampa Amarilla wielkości Rhode Island, w pobliżu miasta Malarge, około 600 mil na zachód od Buenos Aires. Pierwsze 100 detektorów już obserwuje południowe niebo.
„Te promieniowanie kosmiczne o najwyższej energii są posłańcami z ekstremalnego wszechświata” - powiedział laureat Nagrody Nobla, Jim Cronin z University of Chicago, który opracował eksperyment Augera razem z Watsonem. „Stanowią doskonałą okazję do odkryć”.
Promienie kosmiczne o największej energii są niezwykle rzadkie, uderzając w atmosferę Ziemi mniej więcej raz w roku na milę kwadratową. Po ukończeniu w 2005 r. Obserwatorium Pierre Auger obejmie około 1200 mil kwadratowych (3000 kilometrów kwadratowych), umożliwiając naukowcom złapanie wielu z tych wydarzeń.
„Nasz eksperyment zajmie się miejscem, w którym zakończył się eksperyment AGASA”, powiedział kierownik projektu Paul Mantsch, Fermilab, odnosząc się do eksperymentu Akeno Giant Air Shower Array (AGASA) w Japonii. „Przy najwyższych energiach zadziwiające wyniki dwóch największych eksperymentów z promieniowaniem kosmicznym wydają się być w konflikcie. AGASA widzi więcej zdarzeń niż eksperyment HiRes w Utah, ale statystyki obu eksperymentów są ograniczone. ”
Projekt Pierre Auger, nazwany na cześć pionierskiego francuskiego fizyka, który po raz pierwszy zaobserwował długie przelotne opady powietrza w 1938 r., Łączy metody wykrywania stosowane w eksperymentach w Japonii i Utah. Detektory powierzchni są rozmieszczone w odległości jednej mili od siebie. Każda jednostka powierzchniowa składa się z cylindrycznego zbiornika o wysokości 4 stóp wypełnionego 3000 galonów czystej wody, panelu słonecznego i anteny do bezprzewodowej transmisji danych. Czujniki rejestrują niewidzialne lawiny cząstek, wyzwalane na wysokości od sześciu do dwunastu mil zaledwie kilka sekund wcześniej, gdy docierają do ziemi. Prysznice cząstek uderzają w kilka zbiorników prawie jednocześnie.
Oprócz zbiorników w nowym obserwatorium znajdą się 24 teleskopy fluorescencyjne typu HiRes, które mogą wychwytywać słabe promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez prysznice w powietrzu. Teleskopy fluorescencyjne, które można obsługiwać tylko w ciemne, bezksiężycowe noce, są wystarczająco czułe, aby wychwytywać światło emitowane przez 4-watową lampę podróżującą sześć kilometrów od siebie z prawie prędkością światła.
„To naprawdę piękna rzecz, że mamy system hybrydowy”, powiedział Watson. „Możemy patrzeć na prysznice powietrzne w dwóch trybach. Możemy zmierzyć ich energię na dwa niezależne sposoby. ”
Współpraca Pierre Auger jest w trakcie przygotowywania propozycji drugiego miejsca jego obserwatorium, które ma być zlokalizowane w Stanach Zjednoczonych. Drugi układ detektorów o takim samym projekcie jak miejsce w Argentynie skanowałby północne niebo w poszukiwaniu źródeł najpotężniejszych promieni kosmicznych.
Finansowanie 55 milionów dolarów Obserwatorium Pierre Auger w Argentynie pochodzi od 14 krajów członkowskich. USA pokrywają 20 procent całkowitych kosztów, przy wsparciu Biura Nauki z Departamentu Energii i National Science Foundation. Lista wszystkich uczestniczących instytucji jest dostępna na stronie http://auger.cnrs.fr/collaboration.html
Fermilab jest krajowym laboratorium finansowanym przez Office of Science of the US Department of Energy, zarządzanym przez Universities Research Association, Inc.
Oryginalne źródło: Fermilab News Release
