Изображение предоставлено: Fermilab
Недавно был завершен сотый детектор для обсерватории Пьера Оже, который стал крупнейшим в мире детектором космических лучей. Как только он заработает, детектор сможет захватывать некоторые из самых энергичных частиц космических лучей - они попадают на площадь 2,5 кв. Км раз в год. Тайна с этими высокоэнергетическими частицами состоит в том, что астрономы понятия не имеют, что во Вселенной могло бы их создать. Долгосрочные планы обсерватории состоят в том, чтобы к 2005 году иметь 1600 детекторов.
С завершением строительства сотого детектора поверхности, обсерватории Пьера Оже, строящегося в Аргентине, на этой неделе она стала крупнейшей в мире антенной решеткой для космических лучей. Управляемый учеными из Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики, проект Пьера Оже до сих пор включает в себя массив детекторов площадью 70 квадратных миль, которые отслеживают самые жестокие и, возможно, самые удивительные процессы во всей вселенной.
Космические лучи - это внеземные частицы, обычно протоны или более тяжелые ионы, которые попадают в атмосферу Земли и создают каскады вторичных частиц. В то время как космические лучи приближаются к Земле в диапазоне энергий, ученые долго полагали, что их энергия не может превышать 1020 электрон-вольт, что примерно в 100 миллионов раз превышает энергию протонов, достижимую в Tevatron Фермилаба, самом мощном ускорителе частиц в мире. Но недавние эксперименты в Японии и Юте обнаружили несколько таких космических лучей сверхвысоких энергий, что ставит вопрос о том, какие необычные события во Вселенной могли их породить.
«Как природа создает условия для ускорения крошечной частицы до такой энергии?» спросил Алан Уотсон, профессор физики в Университете Лидса, Великобритания, и представитель по сотрудничеству Пьера Оже 250 ученых из 14 стран. «Отслеживание этих частиц сверхвысоких энергий обратно к их источникам ответит на этот вопрос».
Научная теория может объяснить источники космических лучей низкой и средней энергии, но происхождение этих редких космических лучей высокой энергии остается загадкой. Чтобы идентифицировать космические механизмы, которые производят микроскопические частицы с макроскопической энергией, коллаборация Пьера Оже устанавливает массив, который в конечном итоге будет включать 1600 поверхностных детекторов в области аргентинской пампа Амарилья размером с Род-Айленд, недалеко от города Маларге, примерно в 600 милях к западу от Буэнос-Айреса. Первые 100 детекторов уже обследуют южное небо.
«Эти космические лучи с высокой энергией являются посланниками из экстремальной вселенной», - сказал лауреат Нобелевской премии Джим Кронин из Чикагского университета, который вместе с Уотсоном задумал эксперимент Оже. «Они представляют прекрасную возможность для открытий».
Космические лучи с самой высокой энергией встречаются крайне редко, поражая атмосферу Земли примерно раз в год на квадратную милю. После завершения в 2005 году обсерватория Пьера Оже охватит около 1200 квадратных миль (3000 квадратных километров), что позволит ученым уловить многие из этих событий.
«Наш эксперимент будет продолжен в том месте, где эксперимент AGASA закончился», - сказал руководитель проекта Пол Манч, Fermilab, имея в виду эксперимент с гигантской воздушной душевой установкой Akeno (AGASA) в Японии. «При самых высоких энергиях удивительные результаты двух крупнейших экспериментов с космическими лучами, похоже, противоречат друг другу. AGASA видит больше событий, чем эксперимент HiRes в Юте, но статистика обоих экспериментов ограничена ».
Проект Пьера Оже, названный в честь французского физика-первопроходца, впервые наблюдавшего расширенные воздушные ливни в 1938 году, объединяет методы обнаружения, использованные в экспериментах в Японии и Юте. Поверхностные детекторы расположены на расстоянии одной мили друг от друга. Каждый наземный блок состоит из цилиндрического резервуара высотой 4 фута, заполненного 3000 галлонами чистой воды, солнечной панели и антенны для беспроводной передачи данных. Датчики регистрируют лавины невидимых частиц, которые срабатывают на высоте от шести до двенадцати миль за несколько микросекунд раньше, когда они достигают земли. Частичные ливни поражают несколько танков почти одновременно.
В дополнение к танкам, новая обсерватория будет иметь 24 флуоресцентных телескопа типа HiRes, которые могут улавливать слабое ультрафиолетовое свечение, излучаемое воздушным душем в воздухе. Флуоресцентные телескопы, которые могут работать только в темные безлунные ночи, достаточно чувствительны, чтобы уловить свет, излучаемый 4-ваттной лампой, распространяющейся в шести милях почти со скоростью света.
«Это действительно прекрасно, что у нас есть гибридная система», - сказал Ватсон. «Мы можем смотреть на воздушные дожди в двух режимах. Мы можем измерить их энергию двумя независимыми способами ».
Сотрудничество Пьера Оже находится в процессе подготовки предложения о создании второго участка обсерватории в Соединенных Штатах. Обладая тем же дизайном, что и аргентинский сайт, вторая матрица детекторов будет сканировать северное небо для поиска источников самых мощных космических лучей.
Финансирование 55-миллионной обсерватории Пьера Оже в Аргентине поступило из 14 стран-членов. США вносят 20 процентов от общей стоимости при поддержке со стороны Министерства науки Министерства энергетики и Национального научного фонда. Список всех участвующих учреждений доступен по адресу http://auger.cnrs.fr/collaboration.html.
Fermilab - национальная лаборатория, финансируемая Министерством науки Министерства энергетики США и управляемая Университетской исследовательской ассоциацией, Inc.
Первоисточник: пресс-релиз Fermilab
