Obrazový kredit: Fermilab
100. detektor pro Observatoř Pierra Augera byl nedávno dokončen, čímž se pole stalo největším detektorem kosmického záření na světě. Jakmile to bude fungovat, měl by být detektor schopen zachytit některé z nejenergetičtějších částic kosmického záření - zasáhnou oblast 2,5 čtverečního kilometru pouze jednou ročně. Záhadou těchto vysokoenergetických částic je to, že astronomové netuší, co by je ve vesmíru mohlo vytvořit. Dlouhodobým plánem observatoře je do roku 2005 nakonec mít 1600 detektorů.
Dokončením stého detektoru povrchu, observatoře Pierra Augera, který byl ve výstavbě v Argentině, se tento týden stal největším sprchovým polem pro kosmické paprsky na světě. Projekt Pierre Auger, dosud vedený vědci z Fermiho národní akcelerátorové laboratoře Ministerstva energetiky, doposud zahrnuje řadu detektorů se 70 mil čtverečními kilometry, které sledují nejnásilnější - a možná i nejzranitelnější - procesy v celém vesmíru.
Kosmické paprsky jsou mimozemské částice - obvykle protony nebo těžší ionty -, které zasáhly zemskou atmosféru a vytvářejí kaskády sekundárních částic. Zatímco kosmické paprsky se přibližují Zemi s řadou energií, vědci dlouho věřili, že jejich energie nemůže překročit 1020 elektronových voltů, což je asi 100 miliónkrát více než protonová energie dosažitelná v Fermilabově Tevatronu, nejmocnějším urychlovači částic na světě. Nedávné experimenty v Japonsku a Utahu však odhalily několik takových kosmických paprsků ultrafialové energie, které vyvolávají otázky o tom, jaké mimořádné události ve vesmíru je mohly vyvolat.
"Jak příroda vytváří podmínky pro zrychlení malé částice na takovou energii?" požádal Alana Watsona, profesora fyziky na univerzitě v Leedsu ve Velké Británii, a tiskový mluvčí o spolupráci 250 vědců ze 14 zemí Pierre Auger. "Sledování těchto ultra-vysokoenergetických částic zpět k jejich zdrojům odpoví na tuto otázku."
Vědecká teorie může odpovídat za zdroje nízko- a středněenergetického kosmického záření, ale původ těchto vzácných vysokoenergetických kosmických paprsků zůstává záhadou. Za účelem identifikace kosmických mechanismů, které produkují mikroskopické částice při makroskopické energii, spolupracuje Pierre Auger s instalací pole, které bude nakonec zahrnovat 1600 povrchových detektorů v oblasti argentinské Pampa Amarilla o velikosti Rhode Island, nedaleko města Malarg? E, asi 600 mil západně od Buenos Aires. Prvních 100 detektorů již sleduje jižní oblohu.
"Tyto kosmické paprsky s nejvyšší energií jsou posly z extrémního vesmíru," řekl držitel Nobelovy ceny Jim Cronin z University of Chicago, který vymyslel Augerův experiment společně s Watsonem. "Představují skvělou příležitost k objevům."
Kosmické paprsky s nejvyšší energií jsou mimořádně vzácné a zasáhnou zemskou atmosféru přibližně jednou ročně na čtvereční míli. Po dokončení v roce 2005 pokryje observatoř Pierra Augera přibližně 1 200 km2, což vědcům umožní zachytit mnoho z těchto událostí.
"Náš experiment vyzvedne, kde experiment AGASA skončil," řekl projektový manažer Paul Mantsch, Fermilab s odkazem na experiment Akeno Giant Air Shower Array (AGASA) v Japonsku. "Při nejvyšších energiích se zdá, že úžasné výsledky dvou největších experimentů s kosmickým paprskem jsou v konfliktu." AGASA vidí více událostí než experiment HiRes v Utahu, ale statistiky obou experimentů jsou omezené. “
Projekt Pierre Auger, pojmenovaný po průkopnickém francouzském fyzikovi, který poprvé pozoroval rozšířené vzduchové sprchy v roce 1938, kombinuje detekční metody používané v japonských a Utah experimentech. Detektory povrchu jsou od sebe vzdáleny jednu míli. Každá povrchová jednotka sestává z válcové nádrže o výšce 4 stop, která je naplněna 3 000 galony čisté vody, solárního panelu a antény pro bezdrátový přenos dat. Senzory registrují neviditelné laviny částic, které se spouštějí v nadmořské výšce šest až dvanáct mil jen mikrosekundy dříve, když se dostanou na zem. Sprchové částice zasáhly několik tanků téměř současně.
Kromě tanků bude nová observatoř obsahovat 24 fluorescenčních dalekohledů typu HiRes, které mohou zachytit slabou ultrafialovou záři emitovanou vzduchovými sprchy ve vzduchu. Fluorescenční dalekohledy, které lze provozovat pouze během temných nocí bez měsíce, jsou natolik citlivé, aby zachytily světlo vyzařované 4 wattovou lampou vzdálenou šest mil daleko téměř rychlostí světla.
"Je to opravdu krásná věc, že máme hybridní systém," řekl Watson. "Můžeme se podívat na vzduchové sprchy ve dvou režimech." Jejich energii můžeme měřit dvěma nezávislými způsoby. “
Spolupráce Pierra Augera je v procesu přípravy návrhu druhého sídla jeho observatoře, které se nachází ve Spojených státech. Druhé pole detektorů, které má stejný design jako argentinské místo, by prozkoumalo severní oblohu po zdrojích nejsilnějších kosmických paprsků.
Financování pro 55 milionů dolarů Observatoř Pierra Augera v Argentině pocházelo ze 14 členských států. USA přispívají 20% z celkových nákladů, s podporou poskytovanou Úřadem pro vědu Ministerstva energetiky a Národní vědeckou nadací. Seznam všech zúčastněných institucí je k dispozici na adrese http://auger.cnrs.fr/collaboration.html
Fermilab je národní laboratoř financovaná Úřadem vědy US Department of Energy, provozovaným společností Universities Research Association, Inc.
Původní zdroj: Fermilab News Release
