Chociaż do zakończenia budowy jeszcze bardzo daleko, konstruowana w Argentynie sieć detektorów stała się w zeszłym tygodniu największym na świecie eksperymentem badającym promieniowanie kosmiczne. Zainstalowano właśnie setne urządzenie. Kiedy budowa zostanie ukończona (jest to planowane na 2005 rok), eksperyment Auger składać się będzie z 1600 detektorów.

Kiedy cząstka promieniowania kosmicznego zderza się z ziemską atmosferą, produkuje kaskadę cząstek, którą uczeni nazywają też wielkim pękiem atmosferycznym. Badacze od dawna wiedzieli o pękach o niskich i średnich energiach (odkrytych w 1938 roku przez francuskiego fizyka Pierre’a Auger) i udało im się zidentyfikować źródła odpowiedzialne za produkcje tych cząstek.

Stosunkowo niedawno eksperymenty w Japonii i Stanach Zjednoczonych odkryły pęki wywoływane przez cząstki promieniowania kosmicznego o energiach rzędu 10²⁰eV (elektronowoltów, 1eV=10^-19J), 10 milionów razy większych niż te, które generuje się w największych ziemskich akceleratorach. Astronomowie nie byli w stanie zidentyfikować źródeł tego promieniowania.

Pierre Auger Observatory

W październiku zakończono budowę setnego detektora wchodzącego w skład eksperymentu Auger. Sieć stała się największym na świecie eksperymentem badającym promieniowanie kosmiczne.

„Promieniowanie kosmiczne to posłaniec z najbardziej ekstremalnego Wszechświata” – powiedział Jim Cronin, fizyk z University of Chicago, laureat Nagrody Nobla, kierujący eksperymentem Auger wraz z brytyjskim uczonym Alanem Watsonem z University of Leeds.

„W jaki sposób przyroda tworzy warunki umożliwiające rozpędzanie maleńkich cząstek do tak wielkich energii?” – zastanawia się Watson. „Śledzenie kierunków z których przychodzą te cząstki pozwoli odpowiedzieć na to pytanie„.

Niestety, cząstki promieniowania kosmicznego najwyższych energii docierają do Ziemi bardzo rzadko. Na kilometr kwadratowy górnych warstw atmosfery pada mniej więcej jedna cząstka na rok. Dlatego też Obserwatorium Auger pokryje swoimi detektorami obszar około 3000 kilometrów kwadratowych w argentyńskiej prowincji Mendoza równinie Pampa Armarilla, w pobliżu miasta Malargue (około 1000 kilometrów na zachód od Buenos Aires).

Pierre Auger Observatory

Cząstki pęku atmosferycznego poruszają się z prędkością bliską prędkości światła i rozprzestrzeniają na boki od osi symetrii pęku. Poruszający się prostokąt symbolizuje „płaszczyznę kaskady” prostopadłą do jej osi. Zielone kropki symbolizują elektrony i pozytony, a czerwony – miony (nietrwałe cząstki o masie około 200 razy większej niż masa elektronu). Zbiornik wodny (szare walce) znajdujący się blisko osi pęku rejestruje silniejszy sygnał niż ten, który znajduje się dalej od niej. Kierunek z którego przyszły cząstki określany jest na podstawie różnic w czasie dotarcia sygnału do różnych detektorów.

Odległości między detektorami to około półtora kilometra. Każdy z nich składa się z wysokiego na 1,5 metra zbiornika zawierającego przeszło 10 metrów sześciennych czystej wody. Kiedy cząstka będąca częścią wielkiego pęku atmosferycznego przechodzi przez wodę, powstaje błysk promieniowania Czerenkowa (generowanego przez naładowaną elektrycznie cząstkę poruszającą się szybciej niż prędkość światła w danym ośrodku). Zainstalowane wewnątrz detektora fotopowielacze wzmacniają sygnał. Informacje z wielu detektorów, niewielkie różnice w zarejestrowanym czasie dotarcia sygnałów pozwoli na określenie kierunku, z którego przyszło promieniowanie kosmiczne.

Pierre Auger Observatory

Obserwatorium Pierre’a Auger znajduje się w Argentynie około 1000 kilometrów na zachód od Buenos Aires. Detektory znajdować się będą około półtora kilometra od siebie, będąc rozłożonymi na obszarze około 3000 kilometrów kwadratowych.

W eksperymencie Auger wykorzystywane będą też 24 teleskopy rejestrujące fluorescencyjne promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez kaskadę w czasie jej drogi przez atmosferę.

„Dobrze, że dysponujemy systemem hybrydowym. Dzięki temu będziemy mogli obserwować pęki atmosferyczne na dwa sposoby i na dwa niezależne sposoby wyznaczać ich energię” – powiedział Watson.

Sto zainstalowanych dotąd detektorów rozpoczęło już obserwacje południowego nieba. W eksperyment zaangażowanych jest 250 uczonych z 14 krajów (także z Polski). Podobna do argentyńskiej sieć detektorów zbudowana zostanie w USA. Będzie ona obserwowała niebo północne.