Kuvaluotto: Fermilab
Pierre Augerin observatorion 100. ilmaisin valmistui äskettäin, joten ryhmästä tuli maailman suurin kosminen säteilijä. Kun se on toiminut, ilmaisimen pitäisi pystyä sieppaamaan joitakin energisimpiä kosmisen säteen hiukkasia - ne lyövät vain 2,5 neliökilometrin pinta-alaan kerran vuodessa. Näiden korkeaenergisten hiukkasten mysteeri on, että tähtitieteilijöillä ei ole aavistustakaan siitä, mikä maailmankaikkeudessa voisi luoda ne. Observatorion pitkän aikavälin suunnitelmissa on lopulta olla 1 600 ilmaisinta vuoteen 2005 mennessä.
Argentiinassa rakenteilla olevan Pierre Augerin observatorion valmistuttua sata pintadetektoria, tällä viikolla tuli tällä viikolla maailman suurin kosmisäteilmasuihkujärjestelmä. Energiaministeriön Fermin kansallisen kiihdytinlaboratorion tutkijoiden hallinnoima Pierre Auger -hanke on tähän mennessä käsittänyt 70 neliökilometrin joukon ilmaisimia, jotka seuraavat koko maailmankaikkeuden väkivaltaisimpia ja kenties hämmentävimpiä prosesseja.
Kosmiset säteet ovat maan ulkopuolella olevia hiukkasia - yleensä protoneja tai raskaampia ioneja -, jotka osuvat maan ilmakehään ja luovat sekundaaristen hiukkasten kaskadeja. Vaikka kosmiset säteet lähestyvät maata erilaisilla energialähteillä, tutkijat uskoivat kauan, että niiden energia ei voinut ylittää 1020 elektronvolttia, mikä on noin 100 miljoonaa kertaa protonienergia, joka saavutetaan Fermilabin Tevatronissa, joka on maailman voimakkain hiukkaskiihdytin. Mutta viimeaikaiset kokeilut Japanissa ja Utahissa ovat havainneet muutaman tällaisen erittäin korkean energian kosmisen säteen, mikä herättää kysymyksiä siitä, mitkä maailmankaikkeuden poikkeukselliset tapahtumat olisivat voineet tuottaa niitä.
"Kuinka luonto luo olosuhteet pienen hiukkasen kiihdyttämiseksi sellaiseen energiaan?" kysyi Alankomaiden kuningaskunnan Leedsin yliopiston fysiikan professori Alan Watsonilta ja edustajalta Pierre Augerin yhteistyötä, joka koski 250 tutkijaa 14 maasta. "Näiden erittäin korkean energian hiukkasten jäljittäminen takaisin lähteilleen vastaa tähän kysymykseen."
Tieteellinen teoria voi ottaa huomioon matalan ja keskimääräisen energian kosmisen säteen lähteet, mutta näiden harvinaisten korkeaenergisten kosmisten säteiden alkuperä on edelleen mysteeri. Tunnistaakseen kosmiset mekanismit, jotka tuottavat mikroskooppisia hiukkasia makroskooppisella energialla, Pierre Auger -yhteistyö asentaa ryhmän, joka lopulta käsittää 1600 pintadetektoria Argentiinan Pampa Amarillan alueelle, joka on Rhode Islandin kokoinen lähellä Malargin kaupunkia, noin 600 mailia länteen Buenos Airesista. Ensimmäiset 100 ilmaisinta kartoittavat jo eteläistä taivasta.
"Nämä korkeimman energian kosmiset säteet ovat lähettiläitä äärimmäisestä universumista", sanoi Nobel-palkinnon voittaja Jim Cronin Chicagon yliopistosta, joka suunnitteli Auger-kokeen yhdessä Watsonin kanssa. "Ne ovat loistava mahdollisuus löytöihin."
Suurimman energian kosmiset säteet ovat erittäin harvinaisia, ja ne lyövät maapallon ilmakehää noin kerran vuodessa neliökilometriä kohti. Vuonna 2005 valmistuneen Pierre Augerin observatorion pinta-ala on noin 1200 neliökilometriä (3000 neliökilometriä), jotta tutkijat voivat tarttua moniin näistä tapahtumista.
"Kokemuksemme nousee sieltä, mihin AGASA-kokeilu on jäänyt", sanoi projektipäällikkö Paul Mantsch, Fermilab, viitaten Akeno Giant Air Shower Array (AGASA) -kokeiluun Japanissa. ”Korkeimmilla energioilla kahden suurimman kosmisen säteilykokeen hämmästyttävät tulokset näyttävät olevan ristiriidassa. AGASA näkee Utahissa enemmän tapahtumia kuin HiRes-kokeilu, mutta molempien kokeiden tilastot ovat rajalliset. ”
Pierre Auger -projekti, joka on nimetty uraauurtavan ranskalaisen fyysikon perusteella, joka havaitsi ensimmäiset jatketut suihkut vuonna 1938, yhdistää japanilaisissa ja Utah-kokeissa käytettyjä havaintomenetelmiä. Pinta-ilmaisimet sijaitsevat yhden mailin päässä toisistaan. Jokainen pintayksikkö koostuu 4 jalkaa korkeasta lieriömäisestä säiliöstä, joka on täynnä 3000 gallonaa puhdasta vettä, aurinkopaneelista ja antennista tiedon langattomaan siirtoon. Anturit rekisteröivät näkymättömien hiukkasten lumivyöryn, joka laukaisee kuuden - kahdentoista mailin korkeudessa vain mikrosekuntia aikaisemmin, kun ne saavuttavat maan. Hiukkassuihkut lyövät useita tankeja melkein samanaikaisesti.
Uudessa observatoriossa on säiliöiden lisäksi 24 HiRes-tyyppistä fluoresoivaa kaukoputkea, jotka pystyvät ottamaan vastaan heikko ultraviolettihehku, jonka ilmatulossuihkut välittävät ilmassa. Fluoresenssiteleskoopit, joita voidaan käyttää vain pimeinä, kuutumattomina öisin, ovat riittävän herkkiä ottamaan vastaan 4 watin lampun lähettämä valo, joka kulkee kuuden mailin päässä melkein valon nopeudella.
"On todella kaunis asia, että meillä on hybridijärjestelmä", Watson sanoi. ”Voimme katsoa ilmaistuimia kahdessa tilassa. Voimme mitata heidän energiaansa kahdella riippumattomalla tavalla. ”
Pierre Auger -yhteistyö valmistelee ehdotusta sen observatorion toiseksi toimipaikaksi, joka sijaitsee Yhdysvalloissa. Toinen ilmaisinryhmä, jolla on sama muotoilu kuin Argentiinan alueella, etsisi pohjoista taivasta voimakkaimpien kosmisten säteiden lähteiltä.
Rahoitus 55 miljoonan dollarin Pierre Augerin observatorioon Argentiinassa on tullut 14 jäsenmaasta. Yhdysvaltojen osuus on 20 prosenttia kokonaiskustannuksista energia-osaston tiedetoimiston ja kansallisen tiedesäätiön tuella. Luettelo kaikista osallistuvista laitoksista on saatavana osoitteessa http://auger.cnrs.fr/collaboration.html
Fermilab on kansallinen laboratorio, jota rahoittaa Yhdysvaltain energiaministeriön tiedevirasto ja jota hallinnoi Universities Research Association, Inc.
Alkuperäinen lähde: Fermilab-lehdistötiedote
