Πιστωτική εικόνα: Fermilab
Ο 100ος ανιχνευτής για το Παρατηρητήριο Pierre Auger ολοκληρώθηκε πρόσφατα, καθιστώντας τη σειρά τον μεγαλύτερο ανιχνευτή κοσμικών ακτίνων στον κόσμο. Μόλις δουλέψει, ο ανιχνευτής θα πρέπει να είναι σε θέση να συλλάβει μερικά από τα πιο ενεργητικά σωματίδια κοσμικών ακτίνων - χτυπούν μόνο μια περιοχή 2,5 τετραγωνικών χιλιομέτρων μία φορά το χρόνο. Το μυστήριο με αυτά τα σωματίδια υψηλής ενέργειας είναι ότι οι αστρονόμοι δεν έχουν ιδέα τι θα μπορούσε να τα δημιουργήσει στο Σύμπαν. Τα μακροπρόθεσμα σχέδια για το παρατηρητήριο θα έχουν τελικά 1.600 ανιχνευτές έως το 2005.
Με την ολοκλήρωση του 100ου ανιχνευτή επιφάνειας, του Παρατηρητηρίου Pierre Auger, υπό κατασκευή στην Αργεντινή, αυτή την εβδομάδα έγινε η μεγαλύτερη συστοιχία ντους αέρα κοσμικών ακτίνων στον κόσμο. Το έργο Pierre Auger, που διαχειρίζεται επιστήμονες στο εργαστήριο Fermi National Accelerator του Τμήματος Ενέργειας, περιλαμβάνει μέχρι στιγμής μια σειρά ανιχνευτών 70 τετραγωνικών μιλίων που παρακολουθούν τις πιο βίαιες και ίσως τις πιο αινιγματικές διεργασίες σε ολόκληρο το σύμπαν.
Οι κοσμικές ακτίνες είναι εξωγήινα σωματίδια - συνήθως πρωτόνια ή βαρύτερα ιόντα - που χτυπούν την ατμόσφαιρα της Γης και δημιουργούν καταρράκτες δευτερογενών σωματιδίων. Ενώ οι κοσμικές ακτίνες πλησιάζουν τη γη σε μια σειρά ενεργειών, οι επιστήμονες πίστευαν από καιρό ότι η ενέργειά τους δεν θα μπορούσε να υπερβεί τα 1020 ηλεκτρονικά βολτ, περίπου 100 εκατομμύρια φορές την ενέργεια πρωτονίων που μπορεί να επιτευχθεί στο Tevatron του Fermilab, τον πιο ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο. Ωστόσο, τα πρόσφατα πειράματα στην Ιαπωνία και τη Γιούτα έχουν εντοπίσει μερικές τέτοιες κοσμικές ακτίνες εξαιρετικά υψηλής ενέργειας, δημιουργώντας ερωτήματα σχετικά με το ποια εξαιρετικά γεγονότα στο σύμπαν θα μπορούσαν να τις παράγουν.
«Πώς δημιουργεί η φύση τις συνθήκες για να επιταχύνει ένα μικρό σωματίδιο σε μια τέτοια ενέργεια;» ρώτησε ο Alan Watson, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Leeds του Ηνωμένου Βασιλείου και εκπρόσωπος της συνεργασίας Pierre Auger 250 επιστημόνων από 14 χώρες. «Η παρακολούθηση αυτών των σωματιδίων υπερ-υψηλής ενέργειας στις πηγές τους θα απαντήσει σε αυτό το ερώτημα».
Η επιστημονική θεωρία μπορεί να εξηγήσει τις πηγές κοσμικών ακτίνων χαμηλής και μέσης ενέργειας, αλλά η προέλευση αυτών των σπάνιων κοσμικών ακτίνων υψηλής ενέργειας παραμένει ένα μυστήριο. Για τον εντοπισμό των κοσμικών μηχανισμών που παράγουν μικροσκοπικά σωματίδια σε μακροσκοπική ενέργεια, η συνεργασία Pierre Auger εγκαθιστά μια συστοιχία που θα περιλαμβάνει τελικά 1.600 ανιχνευτές επιφανείας σε μια περιοχή της Αργεντινής Pampa Amarilla με το μέγεθος του Rhode Island, κοντά στην πόλη του Malarg? περίπου 600 μίλια δυτικά του Μπουένος Άιρες. Οι πρώτοι 100 ανιχνευτές παρακολουθούν ήδη τον νότιο ουρανό.
«Αυτές οι κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας είναι αγγελιοφόροι από το ακραίο σύμπαν», δήλωσε ο νικητής του βραβείου Νόμπελ Jim Cronin, του Πανεπιστημίου του Σικάγου, ο οποίος συνέλαβε το πείραμα Auger μαζί με τον Watson. "Αποτελούν μια μεγάλη ευκαιρία για ανακαλύψεις."
Οι κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας είναι εξαιρετικά σπάνιες, χτυπώντας την ατμόσφαιρα της Γης περίπου μία φορά το χρόνο ανά τετραγωνικό μίλι. Όταν ολοκληρώθηκε το 2005, το παρατηρητήριο Pierre Auger θα καλύπτει περίπου 1.200 τετραγωνικά μίλια (3.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα), επιτρέποντας στους επιστήμονες να πιάσουν πολλά από αυτά τα γεγονότα.
«Το πείραμά μας θα ξεκινήσει εκεί που το πείραμα AGASA είχε σταματήσει», δήλωσε ο διευθυντής έργου Paul Mantsch, Fermilab, αναφερόμενος στο πείραμα Akeno Giant Air Shower Array (AGASA) στην Ιαπωνία. «Στις υψηλότερες ενέργειες, τα εκπληκτικά αποτελέσματα από τα δύο μεγαλύτερα πειράματα κοσμικών ακτίνων φαίνεται να βρίσκονται σε σύγκρουση. Η AGASA βλέπει περισσότερα συμβάντα από το πείραμα HiRes στη Γιούτα, αλλά τα στατιστικά και των δύο πειραμάτων είναι περιορισμένα. "
Το έργο Pierre Auger, που πήρε το όνομά του από τον πρωτοπόρο Γάλλο φυσικό που παρατήρησε για πρώτη φορά εκτεταμένα ντους αέρα το 1938, συνδυάζει τις μεθόδους ανίχνευσης που χρησιμοποιούνται στα πειράματα της Ιαπωνίας και της Γιούτα. Οι ανιχνευτές επιφάνειας απέχουν ένα μίλι. Κάθε επιφανειακή μονάδα αποτελείται από μια κυλινδρική δεξαμενή ύψους 4 ποδιών γεμάτη με 3.000 γαλόνια καθαρού νερού, ένα ηλιακό πλαίσιο και μια κεραία για ασύρματη μετάδοση δεδομένων. Οι αισθητήρες καταγράφουν τις αόρατες χιονοστιβάδες σωματιδίων, που πυροδοτήθηκαν σε υψόμετρο έξι έως δώδεκα μιλίων μόλις μικροδευτερόλεπτα νωρίτερα, καθώς φτάνουν στο έδαφος. Τα ντους σωματιδίων χτυπούν πολλές δεξαμενές σχεδόν ταυτόχρονα.
Εκτός από τις δεξαμενές, το νέο παρατηρητήριο θα διαθέτει 24 τηλεσκόπια φθορισμού τύπου HiRes που μπορούν να πάρουν την αχνή υπεριώδη λάμψη που εκπέμπεται από τα ντους αέρα στον αέρα. Τα τηλεσκόπια φθορισμού, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο κατά τη διάρκεια σκοτεινών, χωρίς νύχτες νύχτες, είναι αρκετά ευαίσθητα για να πάρουν το φως που εκπέμπεται από μια λυχνία 4 watt που ταξιδεύει έξι μίλια μακριά με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός.
«Είναι ένα πολύ όμορφο πράγμα που έχουμε ένα υβριδικό σύστημα», δήλωσε ο Watson. «Μπορούμε να δούμε τα ντους αέρα με δύο τρόπους. Μπορούμε να μετρήσουμε την ενέργειά τους με δύο ανεξάρτητους τρόπους. "
Η συνεργασία Pierre Auger βρίσκεται στη διαδικασία προετοιμασίας μιας πρότασης για μια δεύτερη τοποθεσία του παρατηρητηρίου της, που θα βρίσκεται στις Ηνωμένες Πολιτείες. Διαθέτοντας τον ίδιο σχεδιασμό με τον ιστότοπο της Αργεντινής, η δεύτερη σειρά ανιχνευτών θα ανιχνεύσει τον βόρειο ουρανό για τις πηγές των πιο ισχυρών κοσμικών ακτίνων.
Η χρηματοδότηση για το παρατηρητήριο Pierre Auger 55 εκατομμυρίων δολαρίων στην Αργεντινή προήλθε από 14 κράτη μέλη. Οι ΗΠΑ συνεισφέρουν το 20% του συνολικού κόστους, με υποστήριξη που παρέχεται από το Γραφείο Επιστημών του Υπουργείου Ενέργειας και από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών. Μια λίστα με όλα τα συμμετέχοντα ιδρύματα είναι διαθέσιμη στη διεύθυνση http://auger.cnrs.fr/collaboration.html
Το Fermilab είναι ένα εθνικό εργαστήριο που χρηματοδοτείται από το Γραφείο Επιστήμης του Υπουργείου Ενέργειας των Η.Π.Α., το οποίο διαχειρίζεται η University Research Research Association, Inc.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων Fermilab
