Kreditna slika: Fermilab
Pred kratkim je bil dokončan 100. detektor za observatorij Pierre Auger, s čimer je bil array največji svetovni detektor kozmičnih žarkov. Ko deluje, mora detektor ujeti nekaj najbolj energijskih delcev kozmičnih žarkov - le 2,5 kvadratnega kilometra na leto. Skrivnost teh visokoenergijskih delcev je, da astronomi nimajo pojma, kaj bi jih v vesolju lahko ustvarili. Dolgoročni načrti opazovalnice bodo do leta 2005 imeli 1.600 detektorjev.
Z dokončanjem svojega stotega površinskega detektorja, Observatorij Pierre Auger, ki je bil zgrajen v Argentini, je ta teden postal največja zračna tuš kabina na svetu kozmičnih žarkov. Projekt Pierre Auger, ki ga upravljajo znanstveniki iz Nacionalnega pospeševalnega laboratorija Ministrstva za energijo, zaenkrat vključuje obseg detektorjev na 70 kvadratnih kilometrov, ki spremljajo najbolj nasilne in morda najbolj zagonetne procese v celotnem vesolju.
Kozmični žarki so nezemeljski delci - navadno protoni ali težji ioni -, ki zadenejo Zemljino atmosfero in ustvarijo kaskade sekundarnih delcev. Medtem ko se kozmični žarki približujejo Zemlji z obsegom energij, so znanstveniki dolgo verjeli, da njihova energija ne more preseči 1020 elektron voltov, kar je približno 100 milijonov krat večjo od protonske energije, dosegljive v Fermilabovem Tevatronu, najmočnejšem pospeševalcu delcev na svetu. Toda nedavni poskusi na Japonskem in v Utahu so odkrili nekaj takih ultrazvočnih energijskih kozmičnih žarkov, ki so sprožali vprašanja, kakšni izredni dogodki v vesolju bi jih lahko povzročili.
"Kako narava ustvarja pogoje, da majhen delček pospeši do takšne energije?" je vprašal Alana Watsona, profesorja fizike na univerzi v Leedsu v Veliki Britaniji in predstavnika za sodelovanje Pierre Augerja 250 znanstvenikov iz 14 držav. "Sledenje teh delcev ultra-visoke energije do njihovih virov bo odgovorilo na to vprašanje."
Znanstvena teorija lahko upošteva vire nizko- in srednjeenergijskih kozmičnih žarkov, vendar izvor teh redkih visokoenergijskih kozmičnih žarkov ostaja skrivnost. Da bi prepoznali kozmične mehanizme, ki proizvajajo mikroskopske delce z makroskopsko energijo, sodelovanje Pierre Auger namešča matriko, ki bo na koncu vsebovala 1600 površinskih detektorjev na območju argentinske Pampe Amarilla, velikosti Rhode Island, v bližini mesta Malarg? E, približno 600 milj zahodno od Buenos Airesa. Prvih 100 detektorjev že raziskuje južno nebo.
"Ti kozmični žarki z najvišjo energijo so glasniki iz skrajnega vesolja," je dejal nobelovec Jim Cronin z univerze v Chicagu, ki je zasnoval eksperiment Auger skupaj z Watsonom. "Predstavljajo odlično priložnost za odkritja."
Kozmični žarki z največjo energijo so izredno redki, ki približno enkrat letno na kvadratno miljo zadenejo Zemljino ozračje. Ko bo leta 2005 končan, bo observatorij Pierre Auger zajel približno 1.200 kvadratnih kilometrov (3000 kvadratnih kilometrov), kar bo znanstvenikom omogočilo, da ujamejo številne od teh dogodkov.
"Naš eksperiment bo povzročil tam, kjer se je poskus AGASA končal," je dejal vodja projekta Paul Mantsch, Fermilab, ki je navajal eksperiment Akeno Giant Air Shower Array (AGASA) na Japonskem. "Pri največji energiji se zdijo presenetljivi rezultati dveh največjih eksperimentov s kozmičnimi žarki v sporu. AGASA opazi več dogodkov kot poskus HiRes v Utahu, vendar je statistika obeh eksperimentov omejena. "
Projekt Pierre Auger, imenovan po pionirskem francoskem fiziku, ki je leta 1938 prvič opazoval daljše prhe, združuje metode odkrivanja, uporabljene v japonskih in Utah poskusih. Površinski detektorji so razmaknjeni eno miljo narazen. Vsaka površinska enota je sestavljena iz 4-metrskega valjastega rezervoarja, napolnjenega s 3000 litri čiste vode, sončne plošče in antene za brezžično prenašanje podatkov. Senzorji beležijo nevidne plazove delcev, ki se sprožijo na nadmorski višini šest do dvanajst milj le nekaj sekund prej, ko dosežejo tla. Tuši za delce udarijo v več rezervoarjev skoraj istočasno.
Poleg rezervoarjev bo novi observatorij imel 24 HiRes-ove fluorescenčne teleskope, ki lahko poberejo šibki ultravijolični žarek, ki ga oddajajo zračni tuši v zraku. Fluorescentni teleskopi, ki jih je mogoče upravljati le v nočnih brezmesečnih nočeh, so dovolj občutljivi, da sprejmejo svetlobo, ki jo oddaja 4-vatna svetilka, ki potuje šest milj daleč s hitrostjo svetlobe.
"Zelo lepo je, da imamo hibridni sistem," je dejal Watson. "Zračne prhe si lahko ogledamo v dveh načinih. Njihovo energijo lahko merimo na dva neodvisna načina. "
Sodelovanje Pierre Auger trenutno pripravlja predlog za drugo mesto opazovalnice, ki bo locirano v Združenih državah Amerike. Z enako zasnovo kot argentinsko mesto bi drugi detektorski sklop skeniral severno nebo glede virov najmočnejših kozmičnih žarkov.
Sredstva za 55 milijonov dolarjev observatorij Pierre Auger v Argentini so iz 14 držav članic. ZDA prispevajo 20 odstotkov celotnih stroškov s podporo urada za znanost Ministrstva za energetiko in Nacionalne znanstvene fundacije. Seznam vseh sodelujočih institucij je na voljo na spletni strani http://auger.cnrs.fr/collaboration.html
Fermilab je nacionalni laboratorij, ki ga financira Urad za znanost ameriškega ministrstva za energijo, ki ga upravlja Univerzitetno raziskovalno združenje, Inc.
Izvirni vir: Fermilab News Release
