Bildkredit: Fermilab
Den 100: e detektorn för Pierre Auger-observatoriet avslutades nyligen, vilket gjorde matrisen till världens största kosmiska stråldetektor. När det väl fungerar bör detektorn kunna fånga några av de mest energiska kosmiska strålpartiklarna - de slår bara ett område på 2,5 kvadratkilometer en gång om året. Mystiken med dessa högenergipartiklar är att astronomer har ingen aning om vad i universum som kunde skapa dem. De långsiktiga planerna för observatoriet är att så småningom ha 1 600 detektorer till 2005.
Efter att ha slutfört sin hundrade ytdetektor, Pierre Auger-observatoriet, under uppbyggnad i Argentina, blev denna vecka den största kosmiska strålduscharrayen i världen. Pierre Auger-projektet, som hanteras av forskare vid Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory, omfattar hittills en uppsättning av detektorer på 70 kvadratmilometer som spårar de mest våldsamma och kanske mest förundrande processerna i hela universum.
Kosmiska strålar är utomjordiska partiklar - vanligtvis protoner eller tyngre joner - som träffar jordens atmosfär och skapar kaskader av sekundära partiklar. Medan kosmiska strålar närmar sig jorden med en rad energier, trodde forskare länge att deras energi inte kunde överstiga 1020 elektronvolt, ungefär 100 miljoner gånger den protonenergi som kan uppnås i Fermilabs Tevatron, den mest kraftfulla partikelacceleratorn i världen. Men de senaste experimenten i Japan och Utah har upptäckt några sådana kosmiska strålar med extremt hög energi och väckt frågor om vilka extraordinära händelser i universum som kunde ha gett dem.
"Hur skapar naturen förutsättningar för att påskynda en liten partikel till en sådan energi?" frågade Alan Watson, fysikprofessor vid University of Leeds, Storbritannien, och talesman för Pierre Auger-samarbetet med 250 forskare från 14 länder. "Att spåra dessa ultrahögenergipartiklar tillbaka till sina källor kommer att besvara den frågan."
Vetenskaplig teori kan redogöra för källorna till kosmiska strålar med låg och medelhög energi, men ursprunget till dessa sällsynta högenergiska kosmiska strålar förblir ett mysterium. För att identifiera de kosmiska mekanismerna som producerar mikroskopiska partiklar vid makroskopisk energi installerar Pierre Auger-samarbetet en grupp som till slut kommer att bestå av 1 600 ytdetektorer i ett område i den argentinska Pampa Amarilla på Rhode Island, nära staden Malarg? E, cirka 600 mil väster om Buenos Aires. De första 100 detektorerna undersöker redan södra himlen.
"Dessa kosmiska strålar med högsta energi är budbärare från det extrema universum", säger Nobelprisvinnaren Jim Cronin, från University of Chicago, som tänkte Auger-experimentet tillsammans med Watson. "De representerar en stor möjlighet för upptäckter."
De kosmiska strålarna med hög energi är extremt sällsynta och träffar jordens atmosfär ungefär en gång per år per kvadratkilometer. När det är klart 2005, kommer Pierre Auger-observatoriet att täcka cirka 1 000 kvadrat miles (3 000 kvadratkilometer), vilket gör det möjligt för forskare att fånga många av dessa händelser.
"Vårt experiment kommer att ta sig upp där AGASA-experimentet har slutat," sa projektledaren Paul Mantsch, Fermilab, med hänvisning till Akeno Giant Air Shower Array (AGASA) -experimentet i Japan. ”Vid högsta energi verkar de förvånande resultaten från de två största kosmiska stråleexperimenten vara i konflikt. AGASA ser fler händelser än HiRes-experimentet i Utah, men statistiken för båda experimenten är begränsad. ”
Pierre Auger-projektet, uppkallat efter den banbrytande franska fysikern som först observerade utökade luftruschar 1938, kombinerar detekteringsmetoderna som användes i japanska och Utah-experimenten. Ytdetektorer är åtskilda en mil från varandra. Varje ytenhet består av en 4 fot hög cylindrisk tank fylld med 3 000 gallon rent vatten, en solpanel och en antenn för trådlös överföring av data. Sensorer registrerar de osynliga partikelskredet, utlösta på en höjd av sex till tolv mil bara mikrosekunder tidigare, när de når marken. Partikelduscharna träffar flera tankar nästan samtidigt.
Förutom tankarna kommer det nya observatoriet att innehålla 24 fluorescerande teleskop av HiRes-typ som kan plocka upp den svaga ultravioletta glöd som släpps ut av lufttuschar i luften. Fluorescens teleskop, som endast kan användas under mörka, månfria nätter, är tillräckligt känsliga för att ta upp det ljus som släpps ut från en 4-watts lampa som reser sex miles bort med nästan ljusets hastighet.
"Det är en riktigt vacker sak att vi har ett hybridsystem," sade Watson. ”Vi kan titta på luftrum i två lägen. Vi kan mäta deras energi på två oberoende sätt. ”
Pierre Auger-samarbetet håller på att förbereda ett förslag till en andra plats för sitt observatorium, som ska ligga i USA. Med den andra designen som den argentinska platsen skulle den andra detektoruppsättningen skanna den nordliga himlen efter källorna till de mest kraftfulla kosmiska strålarna.
Finansieringen för Pierre Auger Observatory på 55 miljoner dollar i Argentina har kommit från 14 medlemsländer. USA bidrar med 20 procent av den totala kostnaden, med stöd som ges av Office of Science vid Department of Energy och av National Science Foundation. En lista över alla deltagande institutioner finns på http://auger.cnrs.fr/collaboration.html
Fermilab är ett nationellt laboratorium som finansieras av U.S. Department of Energy, som drivs av Universities Research Association, Inc.
Originalkälla: Fermilab News Release
