Bildekreditt: Fermilab
Den 100. detektoren for Pierre Auger-observatoriet ble nylig fullført, noe som gjorde matrisen til verdens største kosmiske stråledetektor. Når den fungerer, skal detektoren være i stand til å fange noen av de mest energiske kosmiske strålepartiklene - de rammer bare et område på 2,5 kvadratkilometer en gang i året. Mystikken med disse høye energi-partiklene er at astronomer ikke aner hva i universet kunne skape dem. De langsiktige planene for observatoriet er etter hvert å ha 1600 detektorer innen 2005.
Etter fullførelsen av sin hundreledende overflatedetektor, Pierre Auger Observatory, under bygging i Argentina, ble denne uken den største kosmiske stråledusj-arrayen i verden. Pierre Auger-prosjektet, som ble administrert av forskere ved Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory, omfatter så langt en serie på 70 kvadratmeter med detektorer som sporer de mest voldelige og kanskje mest forvirrende prosessene i hele universet.
Kosmiske stråler er utenomjordiske partikler - vanligvis protoner eller tyngre ioner - som treffer jordens atmosfære og skaper kaskader av sekundære partikler. Mens kosmiske stråler nærmer seg jorden ved en rekke energier, trodde forskere lenge at energien deres ikke kunne overstige 1020 elektronvolt, omtrent 100 millioner ganger den protonenergien som er oppnåelig i Fermilabs Tevatron, den kraftigste partikkelakseleratoren i verden. Men nylige eksperimenter i Japan og Utah har oppdaget noen slike kosmiske stråler med ekstrem høy energi, og reist spørsmål om hvilke ekstraordinære hendelser i universet som kunne ha gitt dem.
"Hvordan skaper naturen forutsetninger for å akselerere en liten partikkel til en slik energi?" spurte Alan Watson, fysikkprofessor ved University of Leeds, Storbritannia, og talsperson for Pierre Auger-samarbeidet med 250 forskere fra 14 land. "Å spore disse ultrahøye energipartiklene tilbake til kildene vil svare på det spørsmålet."
Vitenskapelig teori kan redegjøre for kildene til kosmiske stråler med lav og middels energi, men opprinnelsen til disse sjeldne høye energi kosmiske strålene er fortsatt et mysterium. For å identifisere de kosmiske mekanismene som produserer mikroskopiske partikler ved makroskopisk energi, installerer Pierre Auger-samarbeidet en matrise som til slutt vil omfatte 1.600 overflatedetektorer i et område av den argentinske Pampa Amarilla på størrelse med Rhode Island, nær byen Malarg? E, omtrent 600 mil vest for Buenos Aires. De første 100 detektorene kartlegger allerede den sørlige himmelen.
"Disse kosmiske strålene med høy energi er budbringere fra det ekstreme universet," sa nobelprisvinneren Jim Cronin, fra University of Chicago, som unnfanget Auger-eksperimentet sammen med Watson. "De representerer en flott mulighet for funn."
De kosmiske strålene med høy energi er ekstremt sjeldne og treffer jordens atmosfære omtrent en gang per år per kvadratkilometer. Når det er fullført i 2005, vil Pierre Auger-observatoriet dekke cirka 1200 kvadrat miles (3000 kvadratkilometer), slik at forskere kan fange mange av disse hendelsene.
"Eksperimentet vårt vil ta seg opp der AGASA-eksperimentet har sluttet," sa prosjektleder Paul Mantsch, Fermilab, med henvisning til Akeno Giant Air Shower Array (AGASA) eksperimentet i Japan. ”Ved høyeste energi ser det ut til at de forbløffende resultatene fra de to største kosmiske stråleeksperimentene er i konflikt. AGASA ser flere hendelser enn HiRes-eksperimentet i Utah, men statistikken over begge eksperimentene er begrenset. ”
Pierre Auger-prosjektet, oppkalt etter den banebrytende franske fysikeren som først observerte utvidede lufttusjer i 1938, kombinerer deteksjonsmetodene som ble brukt i de japanske og Utah-eksperimentene. Overflatedetektorer er en kilometer fra hverandre. Hver overflatenhet består av en 4 fots høy sylindrisk tank fylt med 3000 liter rent vann, et solcellepanel og en antenne for trådløs overføring av data. Sensorer registrerer de usynlige partikkelskredene, utløst i en høyde av seks til tolv mil bare mikrosekunder tidligere når de når bakken. Partikkeldusjene rammer flere stridsvogner nesten samtidig.
I tillegg til tankene, vil det nye observatoriet inneholde 24 fluorescerende teleskoper av HiRes-typen som kan hente den svake ultrafiolette glød som sendes ut av lufttusj i luften. Fluorescens-teleskopene, som bare kan betjenes under mørke, månefrie netter, er følsomme nok til å plukke opp lyset som sendes ut av en 4-watts lampe som reiser seks miles unna med nesten lysets hastighet.
"Det er en virkelig vakker ting at vi har et hybridsystem," sa Watson. ”Vi kan se på lufttusj i to modus. Vi kan måle energien deres på to uavhengige måter. ”
Pierre Auger-samarbeidet er i ferd med å utarbeide et forslag til et annet sted for observatoriet, som skal lokaliseres i USA. Med den andre designen som det argentinske stedet, ville den andre detektoren skanne den nordlige himmelen etter kildene til de kraftigste kosmiske strålene.
Finansiering til Pierre Auger Observatory på 55 millioner dollar i Argentina har kommet fra 14 medlemsland. USA bidrar med 20 prosent av de totale kostnadene, med støtte gitt av Office of Science ved Department of Energy og av National Science Foundation. En liste over alle deltakende institusjoner er tilgjengelig på http://auger.cnrs.fr/collaboration.html
Fermilab er et nasjonalt laboratorium finansiert av Office of Science i U.S. Department of Energy, som drives av Universities Research Association, Inc.
Originalkilde: Fermilab News Release
