Νέο ρεκόρ μεγέθους των ανιχνευτών κοσμικών ακτίνων

Από την ιστοσελίδα PhysicsWeb, 24 Οκτωβρίου 2003

Το παρατηρητήριο Pierre Auger στην Αργεντινή, έγινε ο μεγαλύτερος ανιχνευτής κοσμικών ακτίνων στον κόσμο αυτή την εβδομάδα με την αποπεράτωση του 100ου ανιχνευτού του.

Το παρατηρητήριο Pierre Auger

Το παρατηρητήριο, το οποίο προοδευτικά θα ξεπεράσει τους 1600 ανιχνευτές, είναι ακόμη υπό κατασκευή σε μια τεράστια πεδιάδα, την Pampa Amarilla στη Δυτική Αργεντινή. Το πρόγραμμα αυτό αποτελεί μια συνεργασία μεταξύ 14 χωρών μέσα στις οποίες περιλαμβάνονται η Αργεντινή, η Βραζιλία, οι ΗΠΑ και αρκετές Ευρωπαϊκές χώρες, ενώ το συνολικό κόστος είναι 55 εκατομμύρια δολάρια.

Την ιδέα για το παρατηρητήριο Auger είχε ο νομπελίστας Jim Cronin, του πανεπιστημίου του Σικάγου μαζί με τον Alan Watson, καθηγητή του πανεπιστημίου του Leeds, στην Βρετανία.

Οι κοσμικές ακτίνες είναι σωματίδια από το μακρινό διάστημα συνήθως πρωτόνια ή βαρύτερα ιόντα, που βομβαρδίζουν συνεχώς τη Γη. Μια χιονοστιβάδα σωματιδίων, γνωστός σαν "εναέριος καταιγισμός", δημιουργείται όταν οι κοσμικές ακτίνες αλληλεπιδρούν με τα σωματίδια της γήινης ατμόσφαιρας. Αυτός ακριβώς ο καταιγισμός σωματιδίων, ο οποίος μπορεί να εκτείνεται σε αρκετά χιλιόμετρα από τη στιγμή που θα φτάσει στη Γη, είναι που ανιχνεύεται από τους ανιχνευτές στα πειράματα με κοσμικές ακτίνες.

Οι φυσικοί πιστεύουν ότι οι κοσμικές ακτίνες με χαμηλές έως μεσαίες ενέργειες προέρχονται από εκρήξεις σούπερ-νόβα. Ένας μικρός όμως αριθμός πολύ ενεργητικών κοσμικών ακτίνων - σωματίδια με ενέργειες πάνω από 1020 ηλεκτρονιοβόλτ (eV) - έχει ανιχνευτεί από το πείραμα AGΑSA στην Ιαπωνία και το πείραμα Hi-Res στις ΗΠΑ. Θα πρέπει να αναφερθεί όμως ότι τα αποτελέσματα αυτών των δύο πειραμάτων, που χρησιμοποιούν πολύ διαφορετικές τεχνικές ανίχνευσης, δεν συμφωνούν μεταξύ τους. Επιπλέον η θεωρία προβλέπει ότι οι ακτίνες θα έπρεπε να έχουν ένα μάξιμουμ ενέργειας περίπου 5x1019 eV.

Με ποιο μηχανισμό η φύση δημιουργεί τις συνθήκες επιτάχυνσης ενός μικροσκοπικού σωματιδίου σε τόσο υψηλές ενέργειες; Η παρακολούθηση της πορείας τους προς τα πίσω, ώστε να βρούμε από που ξεκίνησαν, θα μας δώσει την απάντηση.

Το πείραμα AGASA στηρίζεται στη μέτρηση της ακτινοβολίας Cerenkov που παράγεται όταν σωματίδια του καταιγισμού περνούν μέσα από μεγάλες δεξαμενές με καθαρό νερό. Το πείραμα Hi-Res, ανιχνεύει το φθορισμό που παράγεται όταν ο εναέριος καταιγισμός αλληλεπιδρά με το άζωτο της γήινης ατμόσφαιρας. Το παρατηρητήριο Auger θα είναι πολύ μεγαλύτερο από τα δύο αυτά πειράματα και θα χρησιμοποιήσει και τις δύο τεχνικές, σε μια προσπάθεια να βρει πως και από που επιταχύνονται τα σούπερ ενεργητικά σωματίδια των κοσμικών ακτίνων σε τόσο υψηλές ενέργειες.

Όταν το παρατηρητήριο συμπληρωθεί το 2005, θα περιέχει 1600 ανιχνευτές νερού και 24 τηλεσκόπια φθορισμού. Κάθε ανιχνευτής θα απέχει περίπου 1,5km από τον άλλο, και η όλη διάταξη θα καταλαμβάνει μια έκταση 3.000 τετραγωνικών χιλιομέτρων και θα καταστεί το μεγαλύτερο πείραμα που έγινε ποτέ. Οι σούπερ ενεργητικές κοσμικές ακτίνες χτυπούν τη Γη με ρυθμό μια ανά αιώνα και ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο. Έτσι το Auger αναμένεται να καταγράψει 30 γεγονότα ανά έτος, μαζί βέβαια με τεράστιους αριθμούς κοσμικών ακτίνων χαμηλής ενέργειας. Η συνεργασία Auger προετοιμάζει επίσης την πρόταση δημιουργίας ενός δεύτερου ανιχνευτή με όμοια σχεδίαση.


Ένας καταιγισμός σωματιδίων

Οι κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας δημιουργούν εκτεταμένους καταιγισμούς που ξεκινούν πολλά χιλιόμετρα πάνω από την ατμόσφαιρα. Το πείραμα Pierre Auger χρησιμοποιεί και τους δύο ανιχνευτές φθορισμού, που ανιχνεύουν υπεριώδες φως που εκπέμπεται από αέριους καταιγισμούς, και επιφανειακούς ανιχνευτές που καταγράφουν σωματίδια όταν αυτά διασχίζουν δεξαμενές γεμάτες με 111.000 lt καθαρού νερού. Τα τηλεσκόπια φθορισμού που μπορούν να λειτουργούν μόνο σε τελείως σκοτεινή νύχτα, είναι ικανά να συλλαμβάνουν φως που εκπέμπεται από μια λάμπα ισχύος 4Watt σε απόσταση 6 μιλίων που κινείται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός.