Billedkredit: Fermilab
Den 100. detektor for Pierre Auger-observatoriet blev for nylig afsluttet, hvilket gjorde matrixen til verdens største kosmiske stråldetektor. Når den fungerer, skal detektoren være i stand til at fange nogle af de mest energiske kosmiske strålepartikler - de rammer kun et område på 2,5 kvadratkilometer en gang om året. Mysteriet med disse højenergipartikler er, at astronomer ikke har nogen idé om, hvad i Universet kunne skabe dem. De langsigtede planer for observatoriet er efterhånden at have 1.600 detektorer i 2005.
Med færdiggørelsen af sin hundreste overfladedetektor, Pierre Auger-observatoriet, der er under opførelse i Argentina, blev denne uge den største kosmiske strålebrusearray i verden. Administreret af videnskabsmænd på Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory, omfatter Pierre Auger-projektet hidtil en række på 70 kvadratmeter med detektorer, der sporer de mest voldelige og måske mest forvirrende processer i hele universet.
Kosmiske stråler er udenjordiske partikler - normalt protoner eller tungere ioner - der rammer Jordens atmosfære og skaber kaskader af sekundære partikler. Mens kosmiske stråler nærmer sig jorden ved en række energier, troede videnskabsmænd længe, at deres energi ikke kunne overstige 1020 elektron volt, ca. 100 millioner gange den proton energi, der kan opnås i Fermilabs Tevatron, den mest kraftfulde partikelaccelerator i verden. Men nylige eksperimenter i Japan og Utah har fundet et par sådanne kosmiske stråler med ultrahøj energi, der rejser spørgsmål om, hvilke ekstraordinære begivenheder i universet kunne have frembragt dem.
"Hvordan skaber naturen betingelserne for at fremskynde en lille partikel til en sådan energi?" spurgte Alan Watson, fysikprofessor ved University of Leeds, UK, og talsmand for Pierre Auger-samarbejdet med 250 forskere fra 14 lande. "At spore disse ultrahøjenergipartikler tilbage til deres kilder vil svare på det spørgsmål."
Videnskabelig teori kan redegøre for kilderne til kosmiske stråler med lav og mellem energi, men oprindelsen af disse sjældne kosmiske stråler med høj energi er stadig et mysterium. For at identificere de kosmiske mekanismer, der producerer mikroskopiske partikler ved makroskopisk energi, installerer Pierre Auger-samarbejdet en matrix, der i sidste ende vil bestå af 1.600 overfladedetektorer i et område af den argentinske Pampa Amarilla på størrelse med Rhode Island, nær byen Malarg? E, omkring 600 miles vest for Buenos Aires. De første 100 detektorer undersøger allerede den sydlige himmel.
”Disse kosmiske stråler med højeste energi er budbringere fra det ekstreme univers,” sagde Nobelprisvinderen Jim Cronin fra University of Chicago, der undfangede Auger-eksperimentet sammen med Watson. ”De er en stor mulighed for opdagelser.”
De kosmiske stråler med højeste energi er ekstremt sjældne og rammer Jordens atmosfære ca. en gang om året pr. Når det er fuldført i 2005, vil Pierre Auger-observatoriet dække ca. 1.200 kvadratkilometer (3.000 kvadratkilometer), hvilket giver forskere mulighed for at fange mange af disse begivenheder.
”Vores eksperiment vil samle op, hvor AGASA-eksperimentet har slået væk,” sagde projektleder Paul Mantsch, Fermilab, med henvisning til Akeno Giant Air Shower Array (AGASA) eksperimentet i Japan. ”Ved de højeste energier synes de forbløffende resultater fra de to største kosmiske stråleeksperimenter at være i konflikt. AGASA ser flere begivenheder end HiRes-eksperimentet i Utah, men statistikken over begge eksperimenter er begrænset. ”
Pierre Auger-projektet, opkaldt efter den banebrydende franske fysiker, der første gang observerede udvidede luftrum i 1938, kombinerer detektionsmetoder, der blev anvendt i de japanske eksperter og Utah. Overfladedetektorer er adskilt en mil fra hinanden. Hver overfladeenhed består af en 4 fod høj cylindrisk tank fyldt med 3.000 gallon rent vand, et solcellepanel og en antenne til trådløs transmission af data. Sensorer registrerer de usynlige partikelskred, der er udløst i en højde af seks til tolv miles bare mikrosekunder tidligere, når de når jorden. Partikelduskerne rammer flere tanke næsten samtidig.
Ud over tanke vil det nye observatorium indeholde 24 fluorescerende teleskoper af typen HiRes, der kan hente den svage ultraviolette glød, der udsendes af luftrum i luften. Fluorescens-teleskoper, som kun kan betjenes i mørke, månefrie nætter, er følsomme nok til at hente det lys, der udsendes fra en 4-watts lampe, der rejser seks miles væk med næsten lysets hastighed.
”Det er en virkelig smuk ting, at vi har et hybridsystem,” sagde Watson. ”Vi kan se på luftrum i to tilstande. Vi kan måle deres energi på to uafhængige måder. ”
Pierre Auger-samarbejdet er i færd med at udarbejde et forslag til et andet sted på dets observatorium, som skal være placeret i USA. Med det andet design som det argentinske sted, ville det andet detektorarray skanne den nordlige himmel efter kilderne til de mest kraftfulde kosmiske stråler.
Finansieringen til Pierre Auger-observatoriet på 55 millioner dollars i Argentina er kommet fra 14 medlemslande. U.S.A bidrager med 20 procent af de samlede omkostninger med støtte fra Office of Science i Department of Energy og af National Science Foundation. En liste over alle deltagende institutioner er tilgængelig på http://auger.cnrs.fr/collaboration.html
Fermilab er et nationalt laboratorium finansieret af Office of Science i U.S. Department of Energy, der drives af Universities Research Association, Inc.
Original kilde: Fermilab nyhedsmeddelelse
