Kreditna slika: Fermilab
Nedavno je dovršen stoti detektor za Pierre Auger Observatory, čime je niz najveći svjetski detektor kosmičkih zraka. Kad radi, detektor bi trebao moći snimiti neke od najenergičnijih čestica kozmičkog zraka - oni samo godišnje pogode površinu od 2,5 četvorna kilometra. Misterija ovih visokoenergetskih čestica je da astronomi nemaju pojma što bi ih svemir mogao stvoriti. Dugoročni planovi za opservatorij trebali bi do 2005. imati 1.600 detektora.
Sa dovršetkom svog stotog detektora površine, Pierre Auger Observatory, koji se gradi u Argentini, ovaj je tjedan postao najveća zračna tuš mreža s kozmičkim zrakama. Projekt Pierre Auger, upravljan znanstvenicima iz Nacionalnog laboratorija za akceleraciju Ministarstva energetike, do sada obuhvaća niz detektora od 70 kvadrata koji prate najnasilne i možda najviše zbunjujuće procese u čitavom svemiru.
Kozmičke zrake su izvanzemaljske čestice - obično protoni ili teži ioni - koji udaraju u Zemljinu atmosferu i stvaraju kaskade sekundarnih čestica. Dok se kozmičke zrake približavaju zemlji s rasponom energija, znanstvenici su dugo vjerovali da njihova energija ne može premašiti 1020 elektrona volta, što je oko 100 milijuna puta veća od protonske energije koja se može postići u Fermilabovom Tevatronu, najmoćnijem akceleratoru čestica na svijetu. No, nedavni eksperimenti u Japanu i Utahu otkrili su nekoliko takvih, visokih energetskih kozmičkih zraka, postavljajući pitanja o tome koji su ih izvanredni događaji u svemiru mogli proizvesti.
"Kako priroda stvara uvjete da takvoj energiji ubrza sitne čestice?" pitao je Alana Watsona, profesora fizike na Sveučilištu u Leedsu u Velikoj Britaniji i glasnogovornika suradnje 250 znanstvenika iz 14 zemalja Pierre Auger. "Praćenje tih čestica ultra-visoke energije do izvora, odgovorit će na to pitanje."
Znanstvena teorija može objasniti izvore kozmičkih zraka niske i srednje energije, ali porijeklo tih rijetkih visokoenergetskih kozmičkih zraka ostaje misterija. Da bi se identificirali kozmički mehanizmi koji stvaraju mikroskopske čestice makroskopskom energijom, suradnja Pierre Auger instalira niz koji će na kraju sadržavati 1.600 površinskih detektora na području argentinske Pampa Amarilla veličine Rhode Islanda, u blizini grada Malarg? oko 600 milja zapadno od Buenos Airesa. Prvih 100 detektora već pregledava južno nebo.
"Ove kozmičke zrake najviše energije su glasnici iz ekstremnog svemira", rekao je dobitnik Nobelove nagrade Jim Cronin sa Sveučilišta u Chicagu, koji je osmislio Augerov eksperiment zajedno s Watsonom. "Oni predstavljaju izvrsnu priliku za otkrića."
Kozmičke zrake najviše energije izrazito su rijetke, a udaraju u Zemljinu atmosferu oko jedanput godišnje po kvadratnoj milji. Kada bude dovršen 2005. godine, opservatorij Pierre Auger prekriće oko 1.200 kvadratnih milja (3.000 kvadratnih kilometara), omogućujući znanstvenicima da uhvate mnoge od tih događaja.
"Naš će eksperiment otkriti mjesto gdje je prestao eksperiment AGASA", rekao je Fermilab, voditelj projekta Paul Mantsch, pozivajući se na eksperiment Akeno Giant Air Shower Array (AGASA) u Japanu. "Čim su najjače energije, zadivljeni rezultati dvaju najvećih eksperimenata kosmičkih zraka izgledaju u sukobu. AGASA vidi više događaja nego HiRes eksperiment u Utahu, ali statistika oba eksperimenta je ograničena. "
Projekt Pierre Auger, nazvan po pionirskom francuskom fizičaru koji je prvi put opazio produljene zračne tuševe 1938., kombinira metode otkrivanja korištene u japanskim i Utah eksperimentima. Površinski detektori nalaze se na udaljenosti od jedne milje. Svaka površinska jedinica sastoji se od 4 metra visokog cilindričnog spremnika napunjenog 3.000 litara čiste vode, solarne ploče i antene za bežični prijenos podataka. Senzori registriraju lavine nevidljivih čestica, pokrenute na visini od šest do dvanaest milja samo mikrosekunde ranije, kada dođu do tla. Tuševi čestica udaraju u nekoliko spremnika gotovo istovremeno.
Osim spremnika, novi će se opservatorij nalaziti i 24 HiRes fluorescentni teleskopi koji mogu pokupiti slab ultraljubičasti sjaj koji zračni tuševi ispuštaju u zraku. Fluorescentni teleskopi, kojima se može upravljati samo tijekom mračnih noći, bez mjeseca, dovoljno su osjetljivi da prihvate svjetlost koju emitira 4-vatna svjetiljka koja putuje šest milja udaljena gotovo brzinom svjetlosti.
"Zaista je lijepa stvar da imamo hibridni sustav", rekao je Watson. "Air kiše možemo gledati u dva načina. Njihovu energiju možemo izmjeriti na dva neovisna načina. "
Suradnja Pierre Auger trenutno je u pripremi prijedloga za drugo mjesto svog opservatorija, koje će se nalaziti u Sjedinjenim Državama. S istim dizajnom kao i argentinsko nalazište, drugi detekcijski niz skenirao bi sjeverno nebo u potrazi za izvorima najmoćnijih kozmičkih zraka.
Financiranje za 55 milijuna dolara opservatorija Pierre Auger u Argentini dobivalo je 14 zemalja članica. Amerika doprinosi 20 posto ukupnih troškova, uz podršku koju pruža Ured za znanost Ministarstva energetike i Nacionalna zaklada za znanost. Popis svih institucija koje sudjeluju na raspolaganju je na http://auger.cnrs.fr/collaboration.html
Fermilab je nacionalni laboratorij koji financira Ured za znanost američkog Ministarstva energetike, a kojim upravlja Sveučilišno istraživačko udruženje, Inc.
Izvorni izvor: Fermilab News Release
