Konstruktionen har påbörjats på ett kosmiskt strålobservatorium i Utah-öknen som borde vara tio gånger känsligare än tidigare instrument. "Telescope Array" består av 564 bordformade detektorer, som kommer att mäta duschar av subatomära partiklar som faller till jorden när kosmiska strålar interagerar med vår atmosfär. Det hjälper forskare att upptäcka källan till kosmiska strålar med ultrahög energi.
Byggandet påskyndas på ett kosmiskt strålobservatorium för $ 17 miljoner väster om Delta, Utah, tack vare två amerikanska byråer: Bureau of Land Management utfärdade ett tillstånd, och National Science Foundation godkände ett bidrag på 2,4 miljoner dollar.
Känd som Telescope Array, observatoriet "kommer att vara tio gånger känsligare än tidigare experiment, och vi hoppas att det kommer att tillåta oss att äntligen lösa mysteriet om ursprunget för dessa ultrahöga energipartiklar [kosmiska strålar] som bombarderar jorden, Säger Pierre Sokolsky, professor och ordförande för fysik vid University of Utah.
"Vi kommer att ha den mest kraftfulla kosmiska stråldetektorn på norra halvklotet", säger Charlie Jui (uttalad Ray), University of Utah professor i fysik.
Sokolsky säger att det nya observatoriet bör börja testkörningar i slutet av våren 2007, starta full drift sen sensommaren 2007 och sedan bedriva forskning i upp till tio år.
Hittills har teleskopet array finansierats av 14,4 miljoner dollar från Japans regering. Det treåriga bidraget på 2,4 miljoner dollar från National Science Foundation kommer att låta fysiker från University of Utah flytta utrustning till den nya anläggningen från deras åldrande högupplösta Fly's Eye-kosmiska strålobservatorium på den amerikanska arméns Dugway Proving Ground.
Strukturer och vägar kommer att upptaga bara 50 tunnland av den 400 kvadratmeter långa experimentplatsen.
På tre platser på Utah-skolans förtroendeland kommer byggnader att hysa "fluorescensdetektorer", som är uppsättningar av speglar och inspelningsinstrument som kikar in på natthimlen för svaga ultravioletta blixtar som uppstår när inkommande kosmiska strålar träffar kväveatomer, den rikligaste gasen i jordens atmosfär. Var och en av de tre platserna ligger cirka 25 mil från de andra. En "central laseranläggning" -byggnad, belägen mellan de tre platserna för fluorescensdetektor, kommer att skicka laserstrålar i himmel när speglarna och inspelarna behöver kalibreras.
Den andra huvudkomponenten i observatoriet är en "markgrupp" av 564 bordformade scintillationsdetektorer, var och en cirka 3 fot hög och 6 till 10 fot bred. Enheterna kommer att mäta "luftdusch", som är kaskader av subatomära partiklar som faller till jorden när kosmiska strålar smälter ner till kväve i atmosfären.
Scintillationsdetektorerna kommer att spridas i ett rutnät över ett 18-mil-till-22-mil-område väster om Delta. Bureau of Land Management "rätt-till-vägs beviljande / tillstånd för tillfällig användning" kommer att göra det möjligt för forskare att bygga den centrala laseranläggningen och installera 460 av scintillationsdetektorerna på BLM-mark, som täcker 80 procent av observationsplatsen. Tillstånd att installera de andra 104 scintillationsdetektorerna erhölls redan från staten Utah och privata markägare. De äger de återstående 20 procenten av det spretta området.
Forskare samarbetar istället för att "Duking it Out"
Det nya kosmiska strålobservatoriet kommer att försöka besvara ett av de mest förvirrande mysterierna i fysiken: Vilken är källan till ultrahögenergiska kosmiska strålar, som är subatomära partiklar som kommer skrikande in i jordens atmosfär med otrolig energi?
Kosmiska strålar är atomkärnor - atomer strippade för sina elektroner - av kemiska element, främst väte och helium. Atmosfären förhindrar dem från att träffa jorden, och även om de kunde, skulle de snöra sig genom en person obemärkt. Men om en enda kosmisk stråle med ultrahög energi skulle träffa ditt huvud, kändes det som en snabb baseball.
Vissa kosmiska strålar kommer från stjärnor som exploderar som supernovor. Men kosmiska strålar med ultrahög energi är mer kraftfulla och kommer uppenbarligen från universums avstånd. Sokolsky misstänker att de härstammar från ”aktiva galaktiska kärnor”, som är supermassiva svarta hål som bildades när cirka 1 miljard kollapsade stjärnor samlades i galaxernas centrum. Andra möjliga källor inkluderar chockvågor från kolliderande galaxer, bullriga radiovågstrålande galaxer, exotiska källor som teoretiserade kosmiska strängar och förfall av massiva partiklar som finns kvar från "big bang" forskarna säger skapade universum för cirka 13 miljarder år sedan.
Teleskopet Array kommer att slå samman två tekniker som har räknat påfallande olika antal kosmiska strålar med ultrahög energi som når jorden. Japans AGASA kosmiska strålobservatorium har upptäckt 10 gånger fler av dem än High-Resolution Fly's Eye. Sokolsky säger att det stora antalet som mäts av AGASA antyder att källan är relativt nära i universum, men det finns inga kända astronomiska föremål som kan vara källan.
Så Telescope Array kommer att inkludera fluorescensdetektorer som de som används i High-Resolution Fly's Eye och scintillationsdetektorer som de som används vid AGASA.
"Detta experiment är unikt i den meningen att det är föreningen mellan två ursprungligen konkurrerande vetenskapsgrupper: en japansk grupp och en amerikansk grupp som genomförde två separata experiment under ett decennium och kom med ömsesidigt inkompatibla resultat," säger Sokolsky. "Det är verkligen ovanligt i historien med vetenskapliga ansträngningar som denna att de istället för att ta bort det för evigt, beslutade de att gå samman och bygga ett experiment tillsammans för att lösa skillnaderna."
High-Resolution Fly's Eye och AGASA har nått slutet på deras användbara liv - mer kraftfulla instrument behövs - och drift av High-Resolution Fly's Eye blev svårt i kölvattnet av 11 september 2001, terroristattacker mot New York och Washington. Dugway bedriver forskning om försvar mot kemiska och biologiska vapen och strängare begränsningar hindrade universitetets utländska forskarstuderande från att besöka webbplatsen.
BLM: Undersök djurliv, använd kopiator för att installera en del utrustning
Vid utfärdandet av tillståndet krävde BLM universitetet i Utah att utföra undersökningar för och skydda kulturella resurser, hotade och hotade växter och djurliv som kiträvar, gravande ugglor och rovfåglar, säger Sokolsky.
Observatoriebyggarna kommer att använda helikoptrar - inte terrängfordon - för att installera scintillationsdetektorerna, och "vi har kommit överens om att underhålla dem antingen till fots eller med hästrygghet" på platser utan vägen, säger Sokolsky. Helikoptrar kommer att användas om ett stort problem utvecklas med en detektor, men det förväntas vara ovanligt. Forskare måste också ta digitala foton när de besöker en detektorsida och övervakar eventuella förändringar över tid.
Här är statusen för olika komponenter i Teleskop Array:
* Byggandet av observatoriet påbörjades i augusti 2004 vid det första av tre platser för fluorescensdetektor, som ligger ovanpå Black Rock Mesa cirka 13 mil söder om sydväst om Delta. Byggnaden är klar och många av speglarna har installerats. Black Rock fluorescensdetektor kommer att vara klar i slutet av sommaren.
* Byggandet av den andra fluorescensdetektorn inleddes i december 2005 vid Long Ridge, 30 mil sydväst om Delta. Byggnaden kommer att vara färdig i slutet av sommaren och speglarna kommer att installeras före vintern.
* Till skillnad från Black Rock Mesa och Long Ridge-detektorerna, som byggs med japanska medel, kommer den tredje fluorescensdetektorn att byggas av University of Utah med National Science Foundation-bidrag. Den heter Middle Drum och ligger 25 mil nordväst om Delta. Sokolsky bör förbereda platsen i augusti, med en eller flera byggnader för att hålla speglar färdig i december. Speglar och annan utrustning måste tas bort från High-Resolution Fly's Eye i Dugway, rengöras och modifieras på ett Salt Lake City-lager och sedan transporteras till Middle Drum-platsen nästa sommar.
* Den centrala laseranläggningen - belägen ekvidistant från de tre fluorescensdetektorerna - kommer att byggas från och med augusti och bör vara klar inom en månad eller så.
* Installation av scintillationsdetektorer på BLM-land förväntas börja i slutet av juli eller början av augusti när byrån får resultat av de nödvändiga djurundersökningarna, säger Sokolsky. De första 200 scintillationsdetektorerna har redan byggts och lagras i ett fält i Delta och ser ut som "ett jättefält fullt av sjukhussängar", tillägger han. De kommer att transporteras till iscenesättningsområden och sedan lyftas på plats med en helikopter. Sokolsky säger att de återstående 364 scintillationsdetektorerna kommer att installeras i december.
* Universitetet har öppnat Millard County Cosmic Ray Center i Delta, med $ 150 000 i statliga och privata fonder för att köpa och utrusta en byggnad. Scintillationsräknarna samlas där och lagras i ett intilliggande, hyrd fält, men centret kommer främst att hysa utställningar för att utbilda allmänheten om kosmisk strålforskning.
